1         提出疑問

現(xiàn)在將前文中-0.1~0.1的對稱循環(huán)荷載變成0~0.2的非對稱循環(huán)荷載，并且在做這個分析的時候，有個好人對你說：嘿，哥們兒，你需要開啟Goodman平均應力修正，否則會得到一個與實際偏差很大的結果。雖然還不知什么是平均應力修正，更不知道Goodman是啥，但是一定會做一件事兒：將一個模型在開啟它和不開啟它的結果進行對比。這就像在做有限元分析時，有人告訴你這個分析最好開啟大變形開關一樣，這對第一次接觸大變形這個概念的你來說是一個完全嶄新的概念，因此你一定會將它與你已經(jīng)掌握的知識進行對比。比如下面這樣（本文材料與前文不一樣，因此結果不用進行對比）：

圖 1 一個簡單的實例對比

上圖是打開了Goodman應修復與未打開的結果，一個是34000次循環(huán)，一個是9690000次循環(huán)，差了200多倍。這個時候我們又會做一件事兒，趕緊把前文中對稱循環(huán)應力分析也打開Goodman，發(fā)現(xiàn)結果一致，然后我們就心安理得了。現(xiàn)在，對于非對稱循環(huán)荷載下，我們不得不提出疑惑：按照原始的方法計算的結果為什么與打開平均應力修復后的結果差這么大？平均應力修復到底是什么？Goodman又是啥？它是不是必要的？

2         流程梳理

圖 2  S-N疲勞壽命求解流程

這是S-N求解引擎的基本流程（前文的五框圖是疲勞分析的基本流程）。首先，軟件根據(jù)我們提供的荷載形式（Load Provider）以及有限元計算的應力結果能得到整個應力的變化形式，也叫應力歷程（Stress History），然后從中選取一種類型的應力進行疲勞分析（Combined stress history），即得到某種應力（比如絕對最大主應力）的歷程曲線，之后進行雨流循環(huán)計數(shù)（Rainflow count）來得到應力歷程的循環(huán)周次與幅值等信息，最后對照S-N曲線對每個循環(huán)進行損傷計算并按照一定的規(guī)則進行疊加，得到總的損傷量（Damage），最后得到疲勞壽命。

3         尋找原因

在這個循環(huán)中，我們會發(fā)現(xiàn)前面四步是直接和提供的模型以及荷載形式有關，也就是說，如果這幾個都一樣，結果不會有變化，那么應力修正只會發(fā)生在最后一步：計算Damage（下一篇文章需要說明的內(nèi)容），而計算損傷最重要的一步就是根據(jù)應力情況對照相應的S-N曲線尋找疲勞壽命。因此，知道軟件到底是如何根據(jù)S-N曲線得到對應的疲勞壽命至關重要。

要弄清楚這一點，首先我們必須明白材料S-N曲線是在一種對應的加載形式下測試出的，這種加載形式只有與你用于分析的載荷形式對應才行，就像你不能用0~2的循環(huán)荷載對應-1~1的測試得出的材料S-N曲線去找疲勞壽命?？墒俏覀冇龅降膯栴}是：通過實驗去測定不同應力比下的S-N曲線是十分困難的，因此有些學者提出了經(jīng)驗模型，根據(jù)應力比為-1載荷下得到的S-N曲線去修正得到應力比為其它數(shù)值的S-N曲線，這些經(jīng)驗模型就是前面所說的平均應力修正模型。我們來看看designlife提供了哪些修正模型：

圖 3 軟件提供的應力修正方法

可以看到有Goodman，Gerber，Iterpolate，F(xiàn)KM，GoodmanTensionOnly，GerberTensionOnly，Chaboche，Walker等經(jīng)驗模型。這部分具體的理論大家可以查看DesignLife Theory Guide中相應位置，這里我們只需要知道這個對于非對稱循環(huán)荷載是一個很重要的參數(shù)（不是可選可不選，是大部分時候都需要選擇），并且根據(jù)材料的不同，需要合理選取相應的修正方法。

圖 4 軟件help對應查詢位置

4         軟件操作

上面大篇幅講了平均應力修正的作用，下面具體說下相對于前文的對稱循環(huán)荷載，對于非對稱循環(huán)荷載需要注意哪些。

圖 5 非對稱恒幅荷載修改

首先，如上圖所示，載荷的形式仍為恒幅荷載（Constant Amplitude），默認是對稱循環(huán)荷載，載荷范圍為-1~1，我們可以將auo configure前面的√去掉，這樣就能自己定義載荷的上下限，本文由于是0~0.2，而有限元分析的荷載為0.1，因此這里施加0~2就行。我們也可以有限元分析施加1，這里施加0~0.2，具體的疊加規(guī)則參照下面的式子：

其次，我們在如下位置更改平均應力修正方式，默認為None，這個一定要注意：

圖 6 平均應力修正方法修改

來源：CAE交流之家

作者：ansys-聰聰