细解Ansys疲劳寿命分析

1.1 疲劳概述结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。

疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。

因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。

塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。

一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。

在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。

接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。

1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。

否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。

1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。

相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括：σ1/σ2=constant在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件。

1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σmax-σmin)平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2应力幅或交变应力σa是Δσ/2应力比R是σmin/σmax当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。

这就是σm=0，R=-1的情况。

当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。

这就是σm=σmax/2，R=0的情况。

1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效；（2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少；（3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。

基于ANSYS的压力容器疲劳分析与寿命预测压力容器是工业生产中常见的设备之一，用于贮存和运输气体、液体或固体，承受着巨大的压力。

然而，由于长期的工作环境和作用力的影响，压力容器会出现疲劳现象，而疲劳失效可能导致严重事故甚至生命危险。

为了确保安全运行和提高使用寿命，进行压力容器疲劳分析与寿命预测是至关重要的。

压力容器的疲劳分析与寿命预测是一个复杂的工程问题，涉及多学科的知识。

在传统的方法中，工程师们通常依赖经验公式和试验数据进行分析，但这种方法存在一些不足之处。

首先，准确度受限于实验条件和试验数据的局限性。

其次，由于压力容器结构的复杂性，传统的方法难以考虑到各种工况变化以及应力分布的不均匀性。

因此，利用计算机辅助工程（CAE）软件进行压力容器的疲劳分析与寿命预测具有重要意义。

ANSYS作为一种强大的CAE软件，在压力容器疲劳分析的应用上已经被广泛认可。

它提供了多种分析模块，如有限元分析（FEA）、疲劳分析和寿命预测等，能够模拟复杂的结构和加载条件。

通过ANSYS的建模和分析工具，工程师们可以更加全面地了解压力容器的应力状态，并准确评估疲劳寿命。

在使用ANSYS进行压力容器疲劳分析时，首先需要进行几何建模和网格划分。

通过建模软件，可以创建一个精确的三维几何模型，并对其进行网格划分以获取一个合适的离散化模型。

然后，根据实际情况设置边界条件、加载条件和材料参数等。

在设定完成后，进行有限元分析，求解得到压力容器的应力分布。

接下来，进行疲劳分析和寿命预测。

ANSYS提供了多种疲劳分析模块，如低周疲劳、高周疲劳和疲劳寿命预测等。

根据所需分析的类型选择相应的模块，并输入相应的参数，如材料的SN曲线、载荷历程等。

通过对应力历程和SN曲线的相互作用进行计算，可以预测压力容器的疲劳寿命。

此外，还可以基于不同的疲劳损伤准则，如线性累积损伤准则、短模拟疲劳准则等，对容器的疲劳寿命进行评估和预测。

除了以上提到的分析方法，ANSYS还提供了一些辅助工具来进行压力容器的疲劳分析与寿命预测。

第十四章疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引言零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。

这种现象称为疲劳破坏。

疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。

金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。

随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。

近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重视。

疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。

金属疲劳的研究已有近150年的历史，有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究，得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。

但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关，使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。

据统计，至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。

因此，在21世纪的今天，尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中，其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要，并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。

疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。

这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。

因此，提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。

一种是机械设计的方法，主要有优化或改善缺口形状，改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来；另一种是材料冶金的方法，即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高，或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。

ANSYS的疲劳分析方法及应用作者：高琳来源：《科技创新导报》2011年第33期摘要:文章首先介绍了大型软件ANSYS分析疲劳寿命的可以实现的功能,并阐述了ANSYS 疲劳分析的基本步骤,最后结合一个实例展示了分析的过程并给出了结果。

关键词:ANSYS 疲劳分析 S-N曲线中图分类号:TG405 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)11(c)-0057-011 引言疲劳是指结构在低于静态强度极限的载荷重复作用下出现疲劳断裂的现象。

如一根能够承受300kN拉力的杆,在100kN的循环载荷下,经历1000000次循环后可能出现破坏。

ANSYS具有以下疲劳计算功能:(1)在一系列选定的位置上,确定一定数目的事件及其载荷(一个应力状态);(2)在一个选定的位置上定义应力集中系数和定义每个应力循环的比例系数;(3)用后处理所得应力计算结果确定单元疲劳寿命耗用系数。

2 ANSYS疲劳分析的基本步骤疲劳计算在ANSYS的通用后处理器中进行,在此之前必须已经完成应力计算。

ANSYS疲劳分析一般包括下列6个步骤:(1)进行通用静力分析。

包括定义单元属性、建立几何模型、生成有限元模型、施加载荷并求解;(2)进入后处理并恢复数据库。

疲劳汁算在通用后处理器中进行,在此之前必须已经完成应力计算;(3)建立位置、事件和载荷的数目,定义材料疲劳性质,确定位置和应力集中系数。

默认情况下,一个事件内可以包含3个位置、10个事件和3个载荷。

疲劳分析时的材料性质包括:应力寿命曲线(S—N曲线)、温度应力曲线和材料的弹塑件参数M和N;(4)存储应力,指定时间循环次数和比例系数。

为了进行疲劳分析,必须知道不同事件下的应力,每个位置处得载荷和每个事件的循环次数;(5)激活疲劳计算。

完成上述设置后,即可进行疲劳计算。

选择菜单Main Menu:General Postproc——Calculate Fatigue;(6)观察结果。

基于ANSYS-FE-SAFE的强夯机臂架疲劳寿命分析共3篇基于ANSYS/FE-SAFE的强夯机臂架疲劳寿命分析1基于ANSYS/FE-SAFE的强夯机臂架疲劳寿命分析背景介绍：在现代工业中，强夯机是常见的机器，常用于土方工程、道路建设、城市建设等大型工程中。

强夯机的工作原理是利用高速下落的夯锤瞬间压实土壤，达到加强土壤的效果。

然而，强夯机在工作过程中需要经受大量的振动和冲击，因此机器的臂架容易发生疲劳破坏，导致工作效率下降。

因此，对于强夯机臂架的疲劳寿命分析具有非常重要的意义。

文章内容：本文选用了基于ANSYS/FE-SAFE的有限元疲劳分析方法，对强夯机臂架的疲劳寿命进行了分析。

首先，对臂架进行CAD建模，并在ANSYS软件中完成网格划分和约束条件设置。

其次，通过施加载荷，利用ANSYS进行强度分析，得到臂架的应力分布情况。

最后，利用FE-SAFE软件进行疲劳分析，得到臂架的疲劳寿命。

在本文的研究中，主要考虑以下几个因素：材料的弹性模量、泊松比和应力集中系数等。

首先进行强度分析，以确定载荷下臂架的最大应力点和应力集中系数。

在强度计算结果的基础上，进行疲劳寿命分析，得到臂架的疲劳寿命。

通过对寿命分析结果进行分析，可以发现，臂架在正常工作条件下有着长时间使用的能力。

结论：通过本文的研究，可以得出以下结论：在强夯机臂架的设计中，应考虑材料的弹性模量、泊松比和应力集中系数等因素。

通过对臂架的强度分析和疲劳寿命分析，可以对臂架的使用寿命进行预估和预防疲劳破坏的发生。

通过对寿命分析的结果进行改进，可以提高臂架的使用寿命。

本文研究了强夯机臂架的疲劳寿命分析方法，为臂架设计和生产提供了重要的参考意见。

通过未来的进一步研究和探索，我们相信可以在臂架设计中发现更多的关键因素，提高臂架的质量和寿命，推动强夯机技术的进步本研究通过对强夯机臂架进行CAD建模、强度分析和疲劳寿命分析，得出了臂架的最大应力点和应力集中系数，并获得了臂架在正常工作条件下的疲劳寿命。

ANSYS疲劳分析疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下，出现断裂破坏的现象。

例如一根能够承受300 KN 拉力作用的钢杆，在200 KN 循环载荷作用下，经历1,000,000 次循环后亦会破坏。

导致疲劳破坏的主要因素如下：载荷的循环次数；每一个循环的应力幅；每一个循环的平均应力；存在局部应力集中现象。

真正的疲劳计算要考虑所有这些因素，因为在预测其生命周期时，它计算“消耗”的某个部件是如何形成的。

1.ANSYS程序处理疲劳问题的过程ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉和压力容器规范(ASME Boiler and Pressure Vessel Code)作为计算的依据，采用简化了的弹塑性假设和Mimer累积疲劳准则。

除了根据ASME 规范所建立的规则进行疲劳计算外，用户也可编写自己的宏指令，或选用合适的第三方程序，利用ANSYS 计算的结果进行疲劳计算。

《ANSYS APDL Programmer’s Guide》讨论了上述二种功能。

ANSYS程序的疲劳计算能力如下：(1)对现有的应力结果进行后处理，以确定体单元或壳单元模型的疲劳寿命耗用系数(fatigue usage factors)(用于疲劳计算的线单元模型的应力必须人工输入)；(2)可以在一系列预先选定的位置上，确定一定数目的事件及组成这些事件的载荷，然后把这些位置上的应力储存起来；(3)可以在每一个位置上定义应力集中系数和给每一个事件定义比例系数。

2.基本术语位置(Location)：在模型上储存疲劳应力的节点。

这些节点是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。

事件(Event)：是在特定的应力循环过程中，在不同时刻的一系列应力状态。

载荷(Loading)：是事件的一部分，是其中一个应力状态。

应力幅：两个载荷之间应力状态之差的度量。

程序不考虑应力平均值对结果的影响。

3.疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器POST1 中进行疲劳计算。