多軸疲勞的案例
基于ANSYS workbench和designlife的多軸疲勞分析
今天為大家帶來一篇長文，探討的主題是用有限元軟件workbench和designlife分析工程實際中的疲勞問題。疲勞問題也屬于耐久性問題，是本人的主要研究方向。理論背景不作過多介紹，現給出幾個主要名詞解釋：
Designlife：ncode公司的一款CAE疲勞分析軟件，繼承了FE-Fatigue的特點。
金屬疲勞：是指材料、零構件在循環應力或循環應變作用下，在一處或幾處逐漸產生局部永久性累積損傷，經一定循環次數后產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程。
靜水應力：在彈塑性力學中，常假設靜水壓力作用下，應變與應力服從彈性規律，并且不影響屈服（在特定的屈服準則下 ）。于是很自然地將應力分量分成兩部分，一部分是平均正應力，或稱靜水壓力，另一部分稱為偏量應力張量。
多軸疲勞：多軸疲勞是指多向應力或應變作用下的疲勞，也稱為復合疲勞。
Dang Van準則：基于宏觀和微觀尺度之間的一種多軸疲勞準則。考慮靜水應力和剪切應力幅的線性組合。公式使用剪切應力和靜水壓應力，以及一個安定狀態，來計算等效應力并與一個閾值相比較。
1問題描述
在實際條件中，許多關鍵位置的結構承受多軸載荷。即關鍵位置的應力狀態有著多于一個的明顯主應力，和/或主應力方向隨著時間改變。使用ncode designlife軟件可以用來進行主應力狀態和多軸條件下的有限壽命疲勞計算（以后發帖介紹）。然而，有些組件，如發動機部件如連接桿和曲軸連桿，人們希望它們在壽命周期內經歷很高數量的載荷循環。設計這些部件的有限疲勞壽命是不現實的，更常用的方法是使用安全因子方法，這樣關鍵載荷循環可以和疲勞或耐久極限準則進行比較。簡單的單軸安全因子方法對許多情形都適用，但是當載荷是多軸，尤其是不成比例的時候，我們需要一種更復雜的方法，如Dang Van模型。
展開 從多軸疲勞求解器中看出來的
ncode軟件現在應該可以算是主流的疲勞分析軟件了，它對載荷譜的處理手段很多，也很便捷。疲勞求解器也很全面，包括sn en spot seam等等求解器。 多軸疲勞雖然用的少，但是這個求解器的設置可以給我們一定的啟發。最明顯的就是多個run的流程，大大降低了計算量。這在整車級別的疲勞分析時特別有用。通過run1將損傷較大的位置識別出來，保存為一個set，然后用run2進行詳細的計算。 保存方式很多，可以提取大于一個值的所有位置，或者按比例從高到低識別，也可以指定保存多少個位置。
展開 基于hyperworks/ncode平板多軸振動疲勞壽命分析 ￥15
多軸振動疲勞分析：本案例在x、y、z三個方向對激勵點施加振動，進而分析研究對象在多軸載荷作用下振動疲勞特性。首先在hyperworks中的optistruct模塊中對激勵點進行x、y、z三個方向的頻率響應分析得到的h3d結果文件，接著將其導入到ncode軟件中完成多軸振動疲勞壽命分析。
案例分享：立式容器結構耳式支座的多軸疲勞分析
這些因素可能導致支座的微小裂紋和材料疲勞，進一步可能導致支座的失效和容器的傾斜或坍塌。因此，耳式支座及容器的抗疲勞性能是設計和運行過程中必須密切關注的重點問題之一。
為了深入了解耳式支座及立式容器的抗疲勞性能，我們的疲勞分析軟件采取了以下步驟：
1、載荷和應力分析：模擬立式容器在常見工況下的載荷和應力分布，特別是針對耳式支座的分析。
2、材料和結構評估：通過分析支座的材料特性和結構設計，識別可能的弱點和疲勞故障源。
3、疲勞壽命預測：結合多軸疲勞模型，預測耳式支座的疲勞壽命和可能的失效模式。
立式容器疲勞壽命云圖
了解更多疲勞分析方案：
http://jsform2.com/web/formview/66390a7575a03c2416365f4f
展開 
兩種Ncode多軸隨機振動疲勞分析流程建立
產品結構在隨機載荷下的疲勞壽命評估，一直是工程上關心的重點，通常是對垂向、橫向及縱向三個方向進行檢測試驗，本文主要介紹如何在Ncode中建立兩種多軸隨機振動疲勞分析流程。
1、本次示例是根據標準IEC61373-2010設置隨機振動疲勞功率譜密度，檢驗某一設備長壽命情況。
2、通過有限元計算得到Ncode所識別的輸入文件，如Hypermesh的計算文件需是.op2格式（本文使用的格式），ABAQUS的計算文件是.odb。
3、第一種設置的完整多軸隨機振動疲勞分析需要至少四個模塊：FEinput、VibrationAnalysis、MultiColumn及FEOutput（個人操作習慣，在Ncode里查看結果不是很方便，導出到HyperView中查看結果）。
這里著重介紹
VibrationAnalysis
中如何設置多通道。
① 右擊VibrationAnalysis模塊選擇Advanced Edit.選擇面板中的Loading，此時僅有一個VibrationLoad。
② 將Loading Type中的Vibration換成Duty Cycle，在下方窗口中右擊LoadProviderDutyCycle增加3個Vibration Load Provide。
③ 右擊左邊導航欄的LoadProviderDutyCycle增加列表通道，這是為外部導入的列表拓展接口，其余兩個相同操作。
展開 基于Abaqus和Fe-Safe凹口軸件的多軸疲勞分析 ￥12
本文為一凹口軸件的多軸疲勞分析，采用對延性金屬材料比較適用的 BrownMiller 疲勞算法 進行壽命計算。
1 問題描述
一凹口軸件（如下圖所示），左端固定，承受的載荷可視為 2 個工況：
工況 1：等效的 1000 牛*米的彎矩
工況 2：1000 牛*米的扭矩
2 分析過程
2.1 有限元計算
利用 Abaqus對模型進行線彈性有限元分析，計算為 2個靜力學分析步，分別對應前述 2 個工況。
具體計算文件參看：notched_shaft_elas.inp。
2.2 疲勞計算
經 Abaqus 計算，得到結果文件 notched_shaft_elas.odb。
step1 彎曲載荷結果
step2 扭轉載荷結果
2.2.1 打開有限元分析結果
從主菜單選擇 File-Clear Data and Settings…，清除之前項目的設置和數據；
從主菜單選擇 File-FEA Solutions-Open Finite Element Model...，選中前面 Abaqus計算的結果文件notched_shaft_elas.odb，在彈出的 Pre-Scan File 對話框里，點擊 Yes 確定預覽結果文件。 在接著彈出的 Select Datasets to Read 對話框里，在 Quick select 區域下，勾選 Stresses和 Last increment only，然后點擊 Apply to Dataset List 按鈕，確認每個 step 的最后一個增量步被選中：
點擊 OK 按鈕，讀入模型。
展開 多軸隨機載荷下支撐構件疲勞壽命評估
圖7多軸隨機載荷激勵同時施加
隨機振動疲勞求解
隨機振動疲勞采用標準S-N求解器進行求解，需要材料S-N曲線的輸入，該曲線對疲勞壽命計算至關重要。材料S-N曲線一般通過疲勞試驗獲得，也可以參考ANSYS NCODE材料庫中的材料。軟件根據輸入頻響傳遞函數、載荷譜計算出結構應力響應的PSD,直接基于應力響應PSD完成應力循環計數，結合S-N曲線進行損傷計算。基于ANSYS NCODE振動疲勞求解器的分析中，通常還需要考慮綜合應力的選擇、平均應力修正方法、循環計數方法選擇等。
圖8振動疲勞求解器選項
疲勞結果后處理
求解計算完成，可以在ANSYS NCODE進行后處理，得到損傷或壽命云圖。如下是同一模型在順序多軸隨機載荷和同時多軸隨機載荷作用下支架的壽命分布云圖。
圖9順序多軸隨機載荷作用下支架壽命云圖
圖10同時多軸隨機載荷作用下支架壽命云圖
在結果解讀中要注意：順序多軸隨機載荷在編譜中指定了循環次數，每次循環默認是1秒，則X方向振動900s、在Y方向振動900s、在Z方向振動1800s，完成一次指定duty cycle所需時間是3600s，計算得到的最小壽命為72.77次， 72.77次乘以3600S，則得到最小壽命時間為2.6e5S。同時多軸隨機載荷作用下，計算得到最小壽命是1.31E5次，默認循環一次為1秒，即最小壽命為1.31E5s。
展開 『轉貼』nSoft疲勞分析理論與應用實例指導教程（附光盤）
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 疲勞的基本概念
1.2 疲勞設計方法
1.3 疲勞分析的基本步驟
第2章 nSft疲勞分析軟件介紹
2.1 nSft軟件簡介
2.2 系統模塊介紹
2.3 nSoft軟件的安裝
2.4 nSoft軟件的使用
第3章 疲勞載荷譜的統計處理
3.1 疲勞載荷譜的統計處理理論基礎
3.2 數據的導入與顯示實例
3.3 異常峰值的檢查與剔除實例
3.4 數字濾波去除電壓干擾信號實例
3.5 疲勞載荷數據交互式編輯實例
3.6 疲勞截荷計數處理實例
3.7 疲勞載荷譜按里程外推實例
3.8 疲勞載荷譜按分位點外推實例
3.9 疲勞載荷譜的疊加實例
第4章 應力疲勞分析
4.1 應力疲勞分析理論
4.2 載荷譜塊的創建與疲勞壽命計算實例
4.3 冷卻風扇葉片應力疲勞分析實例
4.4 基于有限元的支架應力疲勞分析實例
4.5 高溫下活塞的應力疲勞分析實例
第5章 應變疲勞分析
5.1 應變疲勞理論
5.2 冷卻風扇的應變疲勞分析實例
5.3 支架有限元應變疲勞分析實例
5.4 多載荷應變疲勞分析實例
第6章 多軸疲勞分析
6.1 多軸疲勞理論基礎
6.2 多軸疲勞評價實例
6.3 階梯軸的多軸應變疲勞分析實例
6.4 多軸應力疲勞下的安全系數分析實例
6.5 多工況多軸應力疲勞分析實例
第7章 焊接疲勞分析
7.1 焊接疲勞理論基礎
7.2 焊點疲勞分析實例
7.3 焊縫疲勞分析實例
第8章 振動疲勞理論
8.1 振動疲勞理論基礎
8.2 振動疲勞分析實例
展開 GL規范中的多軸疲勞
對規范中的這句一直不理解：Relationship of various terms in the field of multi-axialities according to Liu/Zenner
主要是不理解要根據Liu/Zenner 的什么理論。規范中的此章節見附件
GL.pdf
《MSC.Fatigue疲勞分析應用與實例》
第5章 全壽命分析實例
5.1 全壽命（S-N）分析介紹
5.2 帶缺口平板疲勞壽命（S-N）分析
5.2.1 問題描述
5.2.2 分析模型
5.2.3 設置疲勞分析
5.2.4 運行疲勞分析
5.2.5 查看分析結果
5.2.6 分析總結
5.3 支架疲勞壽命（S-N）分析
5.3.1 問題描述
5.3.2 分析模型
5.3.3 設置疲勞分析
5.3.4 運行疲勞分析
5.3.5 查看分析結果
5.3.6 分析總結
5.4 焊接部件疲勞壽命（S-N）分析
5.4.1 問題描述
5.4.2 分析模型
5.4.3 設置疲勞分析
5.4.4 運行疲勞分析
5.4.5 查看分析結果
5.4.6 分析總結
第6章 應變疲勞（э-N）分析
6.1 應變疲勞介紹
6.2 三腳支架結構應變疲勞分析
6.2.1 問題描述
6.2.2 分析模型
6.2.3 設置疲勞分析
6.2.4 運行疲勞分析
6.2.5 查看分析結果
6.2.6 分析總結
6.3 注塑模具殘余應力分析
6.3.1 問題描述
6.3.2 有限元模型
6.3.3 設置第一次疲勞分析
6.3.4 設置第二次疲勞分析
6.3.5 研究平均應力的影響
6.3.6 研究表面加工/熱處理的影響
6.3.7 分析總結
第7章 多軸疲勞分析實例
7.1 階梯軸多軸疲勞分析
7.1.1 問題描述
7.1.2 有限元模型
7.1.3 兩種載荷分別作用的全壽命疲勞分析
7.1.4 多軸載荷疲勞分析
7.2 轉向節的多軸疲勞分析
7.2.1 問題描述
7.2.2 分析模型
7.2.3 設置疲勞分析
7.2.4 運行疲勞分析
7.2.5 快速簡化分析
7.2.6 查看分析結果
7.2.7 結果評價
7.2.8 總結
第8章 裂紋擴展壽命分析實例
第9章 焊接疲勞分析實例
9.1 部分車身結構的點焊疲勞分析
9.1.1 問題描述
9.1.2 分析模型
展開 基于ncode的多軸振動疲勞仿真分析 ￥7.5
1 引言
在實際的振動疲勞測試過程中，一般要求對Z向、Y向和X向依次進行加載，本文主要介紹了如何運用hypemesh+ncode軟件實現上述過程的模擬。
2.模型介紹
有限元模型如下圖所示，材料為6061T6，屈服強度為240MPa，抗拉強度290MPa。
在Hypemesh中建立有限元模型，如下圖所示，在左端圓孔處采用剛性單元Rbe2進行連接，并施加固定約束，運用optistruct求解器對模型進行Z向、Y向和X向頻響分析，并輸出.OP2格式的結果文件。
搭建ncode仿真流程如圖所示：
仿真結果如圖所示，最大損傷位于固定孔處。
MSC一體化疲勞壽命預測系統
多軸疲勞強調在非比例加載下的多軸應力應變狀態：
-多軸應力狀態下的塑性建模
-四種臨界面模型（Fatemi-Socie 等）
-使用多軸雨流計數的Wang-Brown方法
-多軸安全系數分析 - Dang Van & McDiarmid 方法
-損傷、壽命云紋圖
-損傷極坐標圖
多軸疲勞分析實例
焊接疲勞
焊接疲勞基于有限元分析結果，可預測兩塊金屬板在焊接連接處的疲勞壽命。焊接方式包括點焊和縫焊。計算中將結構的點焊看作是連接兩塊金屬板的剛性桿，或者用CWELD單元來模擬點焊，縫焊用殼單元或者CSEAM單元來模擬，而金屬板用薄殼單元描述。該方法利用桿單元橫截面所受的力和力矩來計算焊接處的應力，然后采用S-N方法，完成結構的全壽命疲勞分析。
采用Spot Weld，可準確預測點焊的疲勞壽命，優化點焊的數量和大小，從而降低制造成本，增加產品可靠性。
價值：預測薄壁結構的疲勞壽命，例如包括很多點焊和縫焊的車身；利用MD Nastran和 MSC.ADAMS靜力和動力結果；自動提取點焊組和焊縫線相鄰的殼單元組。
成功案例: 減少點焊數目
客戶：
卡車供應商
挑戰：
將點焊數量減少10%，提高駕駛室的生產效率，降低成本。
解決方案：
對客車駕駛室進行疲勞壽命計算, 刪除疲勞壽命最長的點焊，重新繼續疲勞計算。
價值：
在確保當前結構耐久性不變的條件下，刪除400個點焊。每個駕駛室在裝配線上節約30分鐘。
展開 SIMULIA系列展開解說（Fe-safe）：你不知道的Fe-safe在這里
全面的疲勞分析
- 使用S-N曲線的疲勞分析
- 使用應變-壽命的疲勞分析
- 高級，高精度的多軸疲勞分析
- 橡膠材料疲勞分析
- 高分子材料疲勞分析
- 焊縫、點焊疲勞分析
- 鑄鐵的疲勞
- 高溫疲勞分析，例如活塞
- 蠕變-疲勞分析
獨有的特征
- 復雜荷載情況的模擬
- 復雜表面處理方法
- 疲勞參數近似方法
- 軟件模擬或者實際測量的單軸或者多軸加載
- 有限元模型順序分析包括瞬態分析
- 使用彈性或者彈塑性有限元分析結果
- 塊加載(Blockloading spectra)
- 使用 PSD 頻域荷載
- 模擬復雜的實驗荷載條件和實驗順序
展開 世界杯買球不能瞎買，想贏得對梅西、C羅等進行疲勞分析！
梅西已經盡力了……
有限元科技（深圳市有限元科技有限公司）小編認為這很大一部分原因得歸于自己，因為你是瞎買球，僅憑球隊的過往經驗，或球星的過往成績，而沒有對球星進行疲勞分析。
疲勞分析，在工程制造領域應用得非常廣泛，在CAE分析里也是一項重要的課題之一。從力學的角度解釋，疲勞是指材料、零件和構件在循環應力和應變作用下“在一處或幾處產生永久性累積損傷”并在一定循環次數后形成裂紋、或使裂紋進一步擴展直到完全斷裂的現象。疲勞壽命的定義為發送疲勞破壞時的載荷循環次數，或從開始受載到發送斷裂所經過的時間。
據統計，每年早期斷裂造成的損失高達1190億美元，其中95%是由于疲勞引起的斷裂，應用疲勞分析，其中50%是可以避免的。目前，手機、汽車、電子電器等許多企業已經將疲勞分析定為產品質量控制的重要指標，并選擇跟有限元科技合作在CAE仿真環境里進行，這樣可以幫助設計人員更快更精確的預估出構件的疲勞壽命。
目前， 有限元科技采用CAE技術進行的疲勞分析包括以下兩個方面：
1. 應力疲勞分析：單軸/多軸疲勞，主應力疲勞，VonMises應力疲勞，BS7608焊縫疲勞，DangVan無限壽命疲勞
2. 應變疲勞分析：單軸/多軸疲勞，最大主應變疲勞，最大剪切應變疲勞，Brown-Miller組合應變疲勞，鑄鐵疲勞
那么，從力學工程領域的CAE仿真疲勞分析引申到球星的疲勞分析，是否靠譜呢？答案是肯定的。
首先，我們都知道一個職業球員都有一個黃金年齡，根據技術統計，在足球和籃球運動這么長的時間里面，以運動員26歲為起點，在他們那個時候，大部分都已經邁入他們職業生涯的黃金期，那么他們開始衰退的時間段，那就是他們年過30的時間。
展開 基于RecurDyn的多工況下的尼龍蝸輪疲勞性能研究
最小疲勞壽命計算公式為
汽車轉向系統中的尼龍蝸輪在復雜多變的應力狀態下工作，這種復雜多變的應力是造成蝸輪疲勞破壞的主要原因，我們將這種復雜多變的應力狀態稱為多軸應力狀態，需要用多軸疲勞算法對原先的疲勞壽命方法進行修正[15]，多軸疲勞算法一般采用雙軸率法，雙軸率法的步驟如下：
（1）找到兩個主軸（主加載方向和二次加載方向）。
（2）計算雙軸比例。
（3）對主加載方向的應力進行雨流計數。
（4）當得到每個循環的應力幅值和平均應力時，利用雙軸比例更新壽命方程。
在一般情況下，載荷可能不是成比例的，應力比實際上是不斷變化的，此時，采用線性平均方法確定應力雙軸比例γ，即
其中，i 為每個時間步長；n 為時間步長總數；σx 為主加載方向的應力；σy為二次加載方向的應力。
因此，有效平均應力σˉm 和有效應力幅值Sˉa 可分別按式（20）和式（21）計算，即
通過雨流計數法、線性損傷累積理論以及雙軸率法研究方法對多工況下的尼龍蝸輪進行壽命預測。在RecurDyn 的Durability 模塊中，直接導入動力學仿真結果，根據材料參數表（表4）和修正后的S-N 曲線，設置尼龍蝸輪的材料疲勞屬性，并選擇基于應力的疲勞壽命計算準則和多軸疲勞算法。選擇整個尼龍蝸輪作為疲勞計算的對象，并將整個動力學仿真分析時間作為疲勞分析的單個加載周期。
通過RecurDyn 的Durability 模塊計算的疲勞壽命結果如圖8所示。
從圖8所示中可以看出，最容易發生疲勞失效的位置為蝸輪齒根處，顯示最小壽命為23 013 個周期，但輸入的加載條件為5個工況，所以，實際仿真結果為115 065 個周期。從疲勞仿真結果來看，本文中研究的尼龍蝸輪能通過相應的疲勞試驗。
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