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基于ANSYS软件对棒球棒的疲劳的有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对棒球棒的疲劳进行分析,计算出棒球棒的最大寿命。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为棒球棒的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析如下图所示为某棒球棒三维模型，自定义尺寸建立几何模型，材料为铝合金，假设每打一次球，等效在棒球棒端部施加1000N载荷，试分析棒球棒的寿命。
图1 棒球棒三、有限元建模寿命分析之前需要进行强度分析，在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。
创建项目A，进行静力学分析，双击左侧的static structure即可图 2 强度分析项目如图 3所示，采用材料默认的结构铝合金即可，材料的杨氏模量为7.1e10Pa，泊松比为0.33，密度2770kg/m3，端部黑色部分为护套，采用橡胶材料。
图 3 材料定义双击Geometry进入几何模型建立模块，进行几何建模。
棒球棒为圆周对称模型，所以需要建立截面进行旋转，截面草绘如下：旋转后几何模型如下所示：再在端面建立厚度为2mm的橡胶环，同样通过旋转方式建立，如下所示：进入Workbench进行材料设置，其中螺栓和棒球棒分别设置材料为结构钢。
进行网格划分，设置网格尺寸为2mm，最终有限元网格模型如下图所示：图7 网格设置图8 网格模型模拟实际情况，橡胶外表面固定，棒球棒右端施加1000N载荷，如下图所示图9 载荷约束四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为6.5mm，图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为88.015MPa图13 等效应力云图添加Fatigue tool进行疲劳分析，Fatigue设置如下寿命云图如下所示，应力最大区域，寿命最小，该棒球棒最多可以使用1e5次，此后便会发生裂纹破坏。
2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元ANSYS Workbench 疲劳分析本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用:–使用者要先学习第4章线性静态结构分析.•在这部分中将包括以下内容:–疲劳概述–恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况–变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况–恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况•上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses.A. 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.…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…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:•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…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.…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:–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–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–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•S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到的–弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态–影响S-N 曲线的因素很多, 其中的一些需要的注意，如下:–材料的延展性, 材料的加工工艺–几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中–载荷环境, 包括平均应力、温度和化学环境•例如,压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长,相反,拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短.•对压缩和拉伸平均应力,平均应力将分别提高和降低S-N曲线.•因此,记住以下几点:–一个部件通常经受多轴应力状态.如果疲劳数据(S-N 曲线)是从反映单轴应力状态的测试中得到的,那么在计算寿命时就要注意•设计仿真为用户提供了如何把结果和S-N 曲线相关联的选择,包括多轴应力的选择•双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况–平均应力影响疲劳寿命,并且变换在S-N曲线的上方位置与下方位置(反映出在给定应力幅下的寿命长短)•对于不同的平均应力或应力比值,设计仿真允许输入多重S-N曲线(实验数据)•如果没有太多的多重S-N曲线(实验数据),那么设计仿真也允许采用多种不同的平均应力修正理论–早先曾提到影响疲劳寿命的其他因素,也可以在设计仿真中可以用一个修正因子来解释…总结•疲劳模块允许用户采用基于应力理论的处理方法，来解决高周疲劳问题.•以下情况可以用疲劳模块来处理:–恒定振幅,比例载荷(参考B节)–变化振幅,比例载荷(参考C节)–恒定振幅,非比例载荷(参考D节)•需要输入的数据是材料的S-N曲线:–S-N曲线是疲劳实验中获得,而且可能本质上是单轴的,但在实际的分析中，部件可能处于多轴应力状态–S-N曲线的绘制取决于许多因素, 包括平均应力. 在不同平均应力值作用下的S-N曲线的应力值可以直接输入, 或可以执行通过平均应力修正理论实现.B. 疲劳程序(基本情况)•进行疲劳分析是基于线性静力分析, 所以不必对所有的步骤进行详尽的阐述.–疲劳分析是在线性静力分析之后，通过设计仿真自动执行的.•对疲劳工具的添加，无论在求解之前还是之后，都没有关系, 因为疲劳计算不并依赖应力分析计算.•尽管疲劳与循环或重复载荷有关, 但使用的结果却基于线性静力分析,而不是谐分析. 尽管在模型中也可能存在非线性,处理时就要谨慎了,因为疲劳分析是假设线性行为的.–在本节中,将涵盖关于恒定振幅、比例载荷的情况. 而变化振幅、比例载荷的情况和恒定振幅、非比例载荷的情况，将分别在以后的C 和D节中逐一讨论.…疲劳程序•下面用黄色斜体字体所描述的步骤，对于包含疲劳工具的应力分析是很特殊的:–模型–指定材料特性,包括S-N曲线–定义接触区域(若采用的话)–定义网格控制(可选的)–包括载荷和支撑–(设定)需要的结果,包括Fatigue tool–求解模型–查看结果…几何•疲劳计算只支持体和面•线模型目前还不能输出应力结果,所以疲劳计算对于线是忽略的.–线仍然可以包括在模型中以给结构提供刚性, 但在疲劳分析并不计算线模型…材料特性•由于有线性静力分析,所以需要用到杨氏模量和泊松比–如果有惯性载荷,则需要输入质量密度–如果有热载荷,则需要输入热膨胀系数和热传导率–如果使用应力工具结果(Stress Tool result),那么就需要输入应力极限数据,而且这个数据也是用于平均应力修正理论疲劳分析.•疲劳模块也需要使用到在工程数据分支下的材料特性当中S-N曲线数据–数据类型在“疲劳特性”(“Fatigue Properties”)下会说明–S-N曲线数据是在材料特性分支条下的“交变应力与循环”(“Alternating Stress vs. Cycles”)选项中输入的•如果S-N曲线材料数据可用于不同的平均应力或应力比下的情况, 那么多重S-N曲线也可以输入到程序中•添加和修改疲劳材料特性:•在材料特性的工作列表中,可以定义下列类型和输入的S-N曲线–插入的图表可以是线性的（“Linear”）、半对数的（“Semi-Log”即linear for stress, log for cycles）或双对数曲线（“Log-Log”）–记得曾提到的，S-N曲线取决于平均应力。
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。
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。
式中，!!６０为残留横摆角速度下限值，查标准轿车类为２．０°／ｓ；!!１００为残留横摆角速度上限值，查标准轿车类为０°／ｓ；!!为残留横摆角速度的试验值。
图９横摆角速度变化曲线可见高速回正性很理想，不需要再次对主销后倾角进行优化了。
５总结本文提出了前悬架参数的设计方法，根据同类车型先初选定位参数，然后按文中所述的方法利用ＡＤＡＭＳ优化。
不仅可以节省由于物理样机不断改变所需试验费用，而且可以缩短产品的开发周期。
由以上优化前后的结果对比可以看出，这种设计方法可以很好的减少轮胎的磨损，得到良好的转向回正性和转向盘受力特性，工程应用前景良好。
参考文献：［１］陈家瑞．汽车构造［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５．［２］ＧＢＴ６３２３．４－９４，汽车操纵稳定性试验方法———转向回正性能试验［Ｓ］．［３］范成建．虚拟样机软件ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ应用与提高［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６．［４］ＱＣＴ４８０－１９９９，汽车操纵稳定性指标限值与评价方法［Ｓ］．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｎａｎＯｆｆ－ｒｏａｄＶｅｈｉｃｌｅＦｒｏｎｔＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎＱＩＡＮＬｉ－ｊｕｎ，ＬＩＵＧｕａｎ－ｄｕｏ，ＨＵＡＮＧＷｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｎｔｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｖｅｈｉｃｌｅｄｅｓｉｇｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｒｅａｓｏｎａｂｌｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｄｏｐｔｓｖｉｒｔｕａｌｔｅｓｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｍｕｌｔｉ－ｂｏｄｙｄｙｎａｍｉｃｓ，ｏｆｆ－ｒｏａｄｖｅｈｉｃｌｅ’ｓｆｒｏｎｔｓｕｓｐｅｎ－ｓｉｏｎｓｕｂｓｙｓｔｅｍａｎｄｆｕｌｌｖｅｈｉｃｌｅａｓｓｅｍｂｌｙａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｅｓｔｓｏｆｒｅｔｕｒｎａｂｉｌｉｔｙｏｎｌｏｗｓｐｅｅｄ＆ｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｎｄｐａｒａｌｌｅｌｗｈｅｅｌｔｒａｖｅｌｔｅｓｔｒｕｎｉｎＡｄａｍｓ／ｃａｒ．ＤｕｒｉｎｇｔｈｉｓｃｏｕｒｓｅＡｄａｍｓ／Ｉｎｓｉｇｈｔｅｘｅｃｕｔｅｓｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｉｎｉｔｉａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｐｅｒｆｅｃｔｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ｓｏｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｓｅｔｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｒｅａｓｏｎａｂｌｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓｉｔｓａｖｅｓａｌｏｔｏｆｍｏｎｅｙａｎｄｔｉｍｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｆｆ－ｒｏａｄｖｅｈｉｃｌｅ；ｆｒｏｎｔｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ收稿日期：２００７－０７－２７轿车生产厂商在生产轿车时，都会对其零部件进行静强度设计，这样最终设计出来的零部件一般都会较好地满足静强度要求。
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）市场的激烈竞争，促使着企业不断降低产品的研发成本，不断缩短产品的研发时间，推动产品的创新以及可持续性设计。
在此基础上，对产品研发提出了另外一个非常重要的要求-延长产品寿命，确保产品疲劳耐久性。
大部分产品在经历了反复载荷作用下，出现疲劳现象，功能将会失效，产品的寿命将到期。
那么，如何延长产品的寿命呢？最有效的方法，就是通过仿真，优化计算产品的形状、大小和材料，从而延长产品寿命。
ANSYS nCode DesignLife就是这样一款软件。
产品介绍ANSYS nCode DesignLife是集成在ANSYS Workbench 平台上的高级疲劳分析模块，为客户提供先进的疲劳分析解决方案。
ANSYS nCode DesignLife由ANSYS公司与专注疲劳分析领域的HBM公司合作推出。
HBM的ncode是疲劳领域最优秀的软件之一，已有超过25年的历史。
ANSYS nCode DesignLife主要模块有：功能特色1、完全集成于ANSYS WorkBench平台以流程图形式建立分析任务；无缝读取ANSYS计算结果；与ANSYS共享材料数据库；在WorkBench平台上统一进行参数管理，可用DesignXplore软件进行优化。
2.Click & Drag操作方式，易学易用以“Drag”建立疲劳分析流程；以“Click”完成相关设置；疲劳分析流程可重复执行。
3.先进的疲劳分析技术高周疲劳的应力寿命（SN）计算；低周和高周疲劳的应变寿命（EN）计算；裂纹扩展；复杂加载条件下预测耐久极限、安全因子；焊点、焊缝的焊接疲劳计算；高级振动疲劳分析计算（PSD）；在多轴应力状态评估的基础上，自动选择计算方法。
4.构建任意复杂的载荷谱时间序列；恒幅载荷；时间步载荷；温度载荷；Hybrid载荷；振动载荷；Duty Cycle。
5.强大的疲劳结果输出功能云图、标记显示；输出自动鉴别疲劳关键区域和热点；疲劳分析结果表格输出；组件结果输出；输出指定位置的应力、应变历程；Studio Glyph自动报告生成。
作者简介:李飞（1990~），男，安徽阜阳人，硕士，助教，研究方向：流体机械设计。
收稿日期:2019-10-21基于ANSYS Workbench 的曲轴疲劳寿命分析李飞安徽信息工程学院机械工程学院，安徽芜湖241000摘要：曲轴是隔膜泵动力端的关键部件，在传动过程中，曲轴承受复杂的交变载荷，易发生疲劳损坏现象。
在样机制造前，为预测结构件的疲劳寿命，可先对曲轴做力学分析，然后使用ANSYS Workbench 软件虚拟模拟，依次划分网格、施加边界条件、添加随机载荷，仿真求解后，提取曲轴的安全系数云图。
结果表明：曲轴满足疲劳强度要求。
关键词：曲轴；疲劳寿命；随机载荷；疲劳强度中图分类号：TG305文献标识码：A文章编号：2095-7734（2019）06-0045-032019年12月普洱学院学报Dec.2019第35卷第6期Journal of Puer University Vol.35No.60引言原动机的旋转运动通过曲轴连杆机构传递[1-2]，转化为橡胶隔膜的往复鼓动，从而改变腔室大小实现隔膜泵的吸、排液。
隔膜泵动力端工作时，曲轴受力复杂，主要有原动机作用在曲轴上驱动力、运动时曲拐部分相对于旋转中心不平衡产生的惯性力、曲轴与连杆运动副间的摩擦力，以及连杆对曲拐部位的法向力与切向力等。
在承受复杂的交变载荷作用下，曲轴在运作中，易出现弯曲与扭转变形，是隔膜泵动力端的易损件，曲轴寿命影响隔膜泵的正常工作。
在曲轴设计阶段，利用有限元方法计算疲劳损伤，预测曲轴的使用寿命，并对结构改进，有利于提高产品质量[3-6]。
1曲轴受力分析1.1曲轴旋转惯性力计算对隔膜泵传动机构动力学进行分析，确定曲轴受力规律，为曲轴的强度校核与疲劳分析提供合理的参数。
原动件带动主轴绕中心线旋转，而曲轴绕中心旋转，中心距为，曲轴的曲拐部分相对于旋转中心是不平衡的质量，在旋转的过程中会产生惯性力。
图1中，把曲轴质量分为质量三部分。
ANSYSnCodeDesignLife疲劳分析-高性能计算ANSYS nCode DesignLife疲劳分析-高性能（并行）分析设置及效率1、概述ANSYS nCode DesignLife疲劳分析计算效率比较高，相比于ANSYS Mechanical，它无需求解矩阵方程，因此一般无需高性能计算，只要用单核计算就可以很快得到计算结果。
当然，如果模型的规模很大，载荷量也增大的情况下，也需要很长的计算时间，采用高性能计算能够得到很好的计算效率。
当然可以采用部分模型计算的方式，减小计算规模，比如对于实体模型，只计算表面的节点的结果；对于壳类结果，只计算关键部分的结果等。
但是对于需要完整模型计算的大规模模型或大规模载荷情况下，高性能计算很有必要。
2、分析步骤a）设置分析流程，采用应力常幅载荷分析b）进行结构强度分析c）进入ANSYS nCode DesignLife界面材料采用默认的AISI_4340_125；载荷设置最大因子为1，最小为-1；设置并行d）模型及计算效率统计有限元模型：节点数量3475762，单元数量2546689。
（143970）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（8线程，求解时间9.626）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（4线程，求解时间39.339）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（2线程，求解时间43.098）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（1线程，求解时间55.027）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（默认，求解时间39.322）3、总结根据计算结果，当计算线程数从1增加到2再到4时，求解速率提高幅度较小；当计算线程数从4增加到8时，求解速率大幅度提高，从39.339骤减至9.626。
注：本次测试只是一次简单的测试，不一定能完全展示nCode DL 的高性能计算能力。
基于ANSYS Workbench对渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳寿命分析ANSYS Workbench 对渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳寿命分析随着工业技术的发展，机械传动的要求也越来越高，其中齿轮传动作为一种重要的机械传动方式，其性能要求也更加苛刻。
齿轮传动在使用过程中，由于长时间受到外界力的作用，很容易出现接触疲劳问题，从而影响其正常工作。
因此，如何预测齿轮接触疲劳寿命，对于提高齿轮传动的可靠性，具有重要的意义。
渐开线直齿圆柱齿轮是一种传动效率高、噪音小、负载能力强的齿轮。
为了准确预测其接触疲劳寿命，我们可以使用ANSYS Workbench来进行分析。
首先，在ANSYS Workbench中建立一个3D的渐开线直齿圆柱齿轮模型，确定齿轮的几何参数和材料属性，在模型中加入齿形偏差和存在底隙等实际工作条件，再定义边界条件、力和载荷。
接下来，我们使用ANSYS中的逐步荷载分析方法，模拟齿轮在连续负载中的应力、应变和位移等变化情况。
然后，通过霍尔曼准则计算渐开线直齿圆柱齿轮的接触应力、接触疲劳极限和疲劳指数等参数，进而预测其接触疲劳寿命。
同时，为了保证分析结果的准确性，在分析过程中我们还需要考虑一些影响因素。
例如，在定义材料属性时，需要考虑其疲劳性能和断裂模式。
在模拟载荷和边界条件时，需要确保其与实际工作条件相匹配，并考虑齿轮工作时的动态因素。
最终，通过ANSYS Workbench对渐开线直齿圆柱齿轮的接触疲劳寿命进行分析，可以预测出齿轮在不同负载条件下的疲劳寿命，分析出齿轮的疲劳寿命与设计的安全寿命之间的差距，进而优化齿轮的设计方案，提高其可靠性和寿命。
总之，ANSYS Workbench作为一款常用的FEM软件，能够提供准确的齿轮接触疲劳分析，对于提高齿轮传动的性能、可靠性和寿命，具有很大的作用。
对渐开线直齿圆柱齿轮进行接触疲劳寿命分析时，需要收集并分析一些相关数据，以确定齿轮的材料属性、载荷、边界条件等因素。
ansys workbench疲劳分析流程基于S-N曲线的疲劳分析的最终目的是将变化无规律的多轴应力转化为简单的单轴应力循环，以便查询S-N曲线，得到相应的疲劳寿命。
ansysworkbench 的疲劳分析模块采用如下流程，其中r=Smin/Smax，Sa为应力幅度，Sm应力循环中的应力均值，注意后一个m不是大写：）：（1）无规律多轴应力-->无规律单轴应力这个转换其实就是采用何种应力（或分量）。
只能有以下选择：Von-Mises等效应力；最大剪应力；最大主应力；或某一应力分量（Sx,Syz 等等）。
有时也采用带符号的Mises应力（大小不变等于Mises应力，符号取最大主应力的符号，好处是可以考虑拉或压的影响（反映在平均应力或r上））。
同强度理论类似，Von-Mises等效应力和最大剪应力转换适用于延展性较好的材料，最大主应力转换用于脆性材料。
（2）无规律单轴应力-->简单单轴应力循环其本质是从无规律的高高低低的等效单轴应力--时间曲线中提取出一系列的简单应力循环（用Sa,Sm表征）以及对应的次数。
有很多种方法可以完成此计数和统计工作，其中又分为路径相关方法和路径无关方法。
用途最广的雨流法(rainflowcountingmethod)就是一种路径相关方法。
其算法和原理可见“Downing, S., Socie, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue,4, 31–40“。
经过雨流法的处理后，无规律的应力--时间曲线转化为一系列的简单循环（Sa,Sm和ni,ni为该循环的次数，Sm如果不等于0，即r!=-1，需要考虑r的影响）。
然后将r!=-1的循环再转化到r=-1对应的应力循环（见下），这样就可以根据损伤累计理论（Miner准则）计算分析了：Sum(ni/Ni) Ni为该应力循环对应的寿命（考虑Sa,Sm）。
ANSYS疲劳分析ANSYS是一种流行的工程仿真软件，用于进行各种工程问题的有限元分析。
在工程实践中，疲劳分析是一个非常重要的领域。
疲劳是指材料在重复载荷作用下逐渐破坏的过程。
疲劳分析的目的是评估结构在实际使用条件下的寿命和性能。
ANSYS可以用来进行疲劳分析，通过确定应力和应变的分布，评估结构在长期使用中可能出现的问题。
在进行疲劳分析之前，首先要进行有限元模型的建立。
这包括将结构模型导入到ANSYS中，确定边界条件和加载条件等。
在进行疲劳分析时，首先要确定疲劳载荷的类型和大小。
这可以通过实验测量或数值模拟来获取。
然后，将载荷应用在结构模型上，并进行动态分析。
ANSYS可以模拟不同的载荷情况，例如正弦载荷、随机载荷和脉冲载荷等。
通过分析结果，可以获得结构在不同位置的应力和应变分布。
在完成动态分析后，可以对结果进行验证和修正。
如果分析的结果与实际测量不符，可能需要对模型进行修正。
修正的方法包括调整材料的本构模型、改变模型的几何形状或重新定义载荷条件等。
完成验证后，可以进行疲劳分析。
在ANSYS中，可以使用不同的疲劳分析模块进行分析。
其中最常用的是疲劳寿命评估模块。
该模块可以根据疲劳参数和材料的S-N曲线，预测结构在给定载荷下的疲劳寿命。
这可以帮助工程师评估结构的安全性和可靠性，并采取适当的措施来延长结构的使用寿命。
疲劳分析还可以进行应力寿命曲线分析。
该分析方法可以通过建立不同应力水平和循环数的组合，预测结构的疲劳寿命。
这对于识别结构中的关键部位和进行寿命预测非常有帮助。
此外，还可以使用应变寿命方法进行疲劳分析。
该方法通过应变历程和损伤累积，评估结构在疲劳载荷下的性能。
在完成疲劳分析后，可以对结果进行后处理。
这包括评估结构的疲劳寿命、疲劳裕度和故障位置等。
通过分析结果，可以确定哪些部位可能会在疲劳过程中发生破坏，并采取适当的措施来加强这些部位。
总之，ANSYS是进行疲劳分析的强大工具。
它可以用于建立结构模型、应用载荷、进行动态分析和预测结构的疲劳寿命。
2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元ANSYS Workbench 疲劳分析本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用:–使用者要先学习第4章线性静态结构分析.•在这部分中将包括以下内容:–疲劳概述–恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况–变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况–恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况•上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses.A. 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.…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…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:•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…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.…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:–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–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–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•S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到的–弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态–影响S-N 曲线的因素很多, 其中的一些需要的注意，如下:–材料的延展性, 材料的加工工艺–几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中–载荷环境, 包括平均应力、温度和化学环境•例如,压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长,相反,拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短.•对压缩和拉伸平均应力,平均应力将分别提高和降低S-N曲线.•因此,记住以下几点:–一个部件通常经受多轴应力状态.如果疲劳数据(S-N 曲线)是从反映单轴应力状态的测试中得到的,那么在计算寿命时就要注意•设计仿真为用户提供了如何把结果和S-N 曲线相关联的选择,包括多轴应力的选择•双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况–平均应力影响疲劳寿命,并且变换在S-N曲线的上方位置与下方位置(反映出在给定应力幅下的寿命长短)•对于不同的平均应力或应力比值,设计仿真允许输入多重S-N曲线(实验数据)•如果没有太多的多重S-N曲线(实验数据),那么设计仿真也允许采用多种不同的平均应力修正理论–早先曾提到影响疲劳寿命的其他因素,也可以在设计仿真中可以用一个修正因子来解释…总结•疲劳模块允许用户采用基于应力理论的处理方法，来解决高周疲劳问题.•以下情况可以用疲劳模块来处理:–恒定振幅,比例载荷(参考B节)–变化振幅,比例载荷(参考C节)–恒定振幅,非比例载荷(参考D节)•需要输入的数据是材料的S-N曲线:–S-N曲线是疲劳实验中获得,而且可能本质上是单轴的,但在实际的分析中，部件可能处于多轴应力状态–S-N曲线的绘制取决于许多因素, 包括平均应力. 在不同平均应力值作用下的S-N曲线的应力值可以直接输入, 或可以执行通过平均应力修正理论实现.B. 疲劳程序(基本情况)•进行疲劳分析是基于线性静力分析, 所以不必对所有的步骤进行详尽的阐述.–疲劳分析是在线性静力分析之后，通过设计仿真自动执行的.•对疲劳工具的添加，无论在求解之前还是之后，都没有关系, 因为疲劳计算不并依赖应力分析计算.•尽管疲劳与循环或重复载荷有关, 但使用的结果却基于线性静力分析,而不是谐分析. 尽管在模型中也可能存在非线性,处理时就要谨慎了,因为疲劳分析是假设线性行为的.–在本节中,将涵盖关于恒定振幅、比例载荷的情况. 而变化振幅、比例载荷的情况和恒定振幅、非比例载荷的情况，将分别在以后的C 和D节中逐一讨论.…疲劳程序•下面用黄色斜体字体所描述的步骤，对于包含疲劳工具的应力分析是很特殊的:–模型–指定材料特性,包括S-N曲线–定义接触区域(若采用的话)–定义网格控制(可选的)–包括载荷和支撑–(设定)需要的结果,包括Fatigue tool–求解模型–查看结果…几何•疲劳计算只支持体和面•线模型目前还不能输出应力结果,所以疲劳计算对于线是忽略的.–线仍然可以包括在模型中以给结构提供刚性, 但在疲劳分析并不计算线模型…材料特性•由于有线性静力分析,所以需要用到杨氏模量和泊松比–如果有惯性载荷,则需要输入质量密度–如果有热载荷,则需要输入热膨胀系数和热传导率–如果使用应力工具结果(Stress Tool result),那么就需要输入应力极限数据,而且这个数据也是用于平均应力修正理论疲劳分析.•疲劳模块也需要使用到在工程数据分支下的材料特性当中S-N曲线数据–数据类型在“疲劳特性”(“Fatigue Properties”)下会说明–S-N曲线数据是在材料特性分支条下的“交变应力与循环”(“Alternating Stress vs. Cycles”)选项中输入的•如果S-N曲线材料数据可用于不同的平均应力或应力比下的情况, 那么多重S-N曲线也可以输入到程序中•添加和修改疲劳材料特性:•在材料特性的工作列表中,可以定义下列类型和输入的S-N曲线–插入的图表可以是线性的（“Linear”）、半对数的（“Semi-Log”即linear for stress, log for cycles）或双对数曲线（“Log-Log”）–记得曾提到的，S-N曲线取决于平均应力。
如果S-N曲线在不同的平均应力下都可适用的，那么也可以输入多重S-N曲线•每个S-N曲线可以在不同平均应力下直接输入•每个S-N曲线也可以在不同应力比下输入•可以通过在“Mean Value”上点击鼠标右键添加新的平均值来输入多条S－N曲线.•材料特性信息可以保存XML文件或从XML文件提取–保存材料数据文件，在material条上按右键，然后用“Export …”保存成XML外部文件–疲劳材料特性将自动写到XML文件中，就像其他材料数据一样。
•一些例举的材料特性在如下安装路径下可以找到:C:\Program Files\AnsysInc\v80\AISOL\CommonFiles\Language\en-us\EngineeringData\Materials–“Aluminum”和“Structural Steel”的XML 文件，包含有范例疲劳数据可以作为参考–疲劳数据随着材料和测试方法的不同而有所变化，所以很重要一点就是，用户要选用能代表自己部件疲劳性能的数据…接触区域•接触区域可以包括在疲劳分析中–注意，对于在恒定振幅、成比例载荷情况下处理疲劳时，只能包含绑定（Bonded）和不分离（No-Separation）的线性接触–尽管无摩擦、有摩擦和粗糙的非线性接触也能够包括在内，但可能不再满足成比例载荷的要求•例如，改变载荷的方向或大小，如果发生分离，则可能导致主应力轴向发生改变.•如果有非线性接触发生，那么用户必须小心使用，并且仔细判断•对于非线性接触，若是在恒定振幅的情况下，则可以采用非比例载荷的方法代替计算疲劳寿命…载荷与支撑•能产生成比例载荷的任何载荷和支撑都可能使用，但有些类型的载荷和支撑不造成比例载荷:–螺栓载荷对压缩圆柱表面侧施加均布力，相反，圆柱的相反一侧的载荷将改变–预紧螺栓载荷首先施加预紧载荷，然后是外载荷，所以这种载荷是分为两个载荷步作用的过程–压缩支撑（Compression Only Support）仅阻止压缩法线正方向的移动，但也不会限制反方向的移动•像这些类型的载荷最好不要用于恒定振幅和比例载荷的疲劳计算…(设定)需要的结果•对于应力分析的任何类型结果，都可能需要用到：–应力、应变和变形–接触结果(如果版本支持)–应力工具（Stress Tool）•另外，进行疲劳计算时，需要插入疲劳工具条（Fatigue Tool）–在Solution子菜单下，从相关的工具条上添加“Tools > Fatigue Tool”•Fatigue Tool 的明细窗中将控制疲劳计算的求解选项–疲劳工具条（Fatigue Tool）将出现在相应的位置中,并且也可添加相应的疲劳云图或结果曲线•这些是在分析中会被用到的疲劳结果，如寿命和破坏…需要的结果•在疲劳计算被详细地定义以后，疲劳结果可下在Fatigue Tool下指定–等值线结果（Contour）包括Lifes(寿命), Damage(损伤), Safety Factor（安全系数）, BiaxialityIndication （双轴指示）, 以及Equivalent Alternating Stress（等效交变应力）–曲线图结果(graph results)）仅包含对于恒定振幅分析的疲劳敏感性(fatigue sensitivity)–这些结果的详细分析将只做简短讨论…Fatigue Tool –载荷类型•当Fatigue Tool在求解子菜单下插入以后，就可以在细节栏中输入疲劳说明–载荷类型可以在“Zero-Based”、“Fully Reversed”和给定的“Ratio”之间定义–也可以输入一个比例因子，来按比例缩放所有的应力结果…Fatigue Tool –平均应力影响–在前面曾提及，平均应力会影响S-N曲线的结果. 而“Analysis Type”说明了程序对平均应力的处理方法:•“SN-None”：忽略平均应力的影响•“SN-Mean Stress Curves”：使用多重S-N 曲线（如果定义的话）•“SN-Goodman,”“SN-Soderberg,”和“SN-Gerber”：可以使用平均应力修正理论–如果有可用的试验数据，那么建议使用多重S-N曲线(SN-Mean Stress Curves)–但是，如果多重S-N曲线是不可用的，那么可以从三个平均应力修正理论中选择.这里的方法在于将定义的单S-N曲线“转化”到考虑平均应力的影响:1.对于给定的疲劳循环次数，随着平均应力的增加，应力幅将有所降低2.随着应力幅趋近零，平均应力将趋近于极限（屈服）强度3.尽管平均压缩应力通常能够提供很多的好处，但保守地讲，也存在着许多不利的因素(scaling=1=constant)可以视其为单个S-N曲线的组合线。
