疲勞壽命計算的案例
載荷譜塊的創建與疲勞壽命計算
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設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
小 結
與基于馬林斯效應和基于應變壽命曲線的彈性體疲勞相比，基于開裂能量密度的方法，可以更加精確的進行橡膠件的疲勞壽命預測和開裂方向預測。
采用Marc軟件，可以很方便的在計算完強度的基礎上，進行橡膠件疲勞壽命的計算。從而幫助客戶快速預測橡膠件的疲勞壽命，提升產品開發效率。
設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
橡膠體疲勞案例介紹
以橡膠件，襯套為例，首先在現有的橡膠材料模型參數的參數基礎上，需增加用于彈性體疲勞計算的參數，如下圖所示：
其中，系數Wmax、rc、N、c0、分別為臨界撕裂能量，最大裂紋擴展速率，指數系數，初始微裂紋尺寸。模型計算時不考慮載荷比值的修正。其次，定義橡膠襯套的載荷計算工況。在該案例中，我們先約束襯套的中心和對稱面，同時定義襯套的邊緣沿徑向和軸向同時加載1mm的正弦振動。載荷加載形式為正弦波，在一個正則時間步內完成。
同時在結果輸出中，需要將柯西應力張量和應變梯度進行輸出，以用于后續的疲勞壽命計算。計算結果如下圖所示?？梢钥吹剑畲髮抵鲬儼l生在橡膠襯套和套筒的接觸位置已經在襯套邊緣特征位置。
在此基礎上，新增一個用于疲勞計算的分析任務，用于疲勞壽命計算。其計算設定參數如下圖所示。其中，載荷類型采用變幅載荷，并選定前一步計算好的結果文件。定義好壽命計算的增量步范疇，該分析取第一步到最后一步的應變進行疲勞壽命計算。
疲勞計算結果如下圖所示，可以看到其損傷最大的位置在橡膠特征倒角處，最小對數壽命為2.7。這與前面計算的最大等效柯西應力位置對應。同時，還可以預測出橡膠裂紋開裂面，如下圖所示。其中紅色箭頭所指的方向即為疲勞開裂平面的法向。
小 結
與基于馬林斯效應和基于應變壽命曲線的彈性體疲勞相比，基于開裂能量密度的方法，可以更加精確的進行橡膠件的疲勞壽命預測和開裂方向預測。
采用Marc軟件，可以很方便的在計算完強度的基礎上，進行橡膠件疲勞壽命的計算。從而幫助客戶快速預測橡膠件的疲勞壽命，提升產品開發效率。
展開 設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
小 結
與基于馬林斯效應和基于應變壽命曲線的彈性體疲勞相比，基于開裂能量密度的方法，可以更加精確的進行橡膠件的疲勞壽命預測和開裂方向預測。
采用Marc軟件，可以很方便的在計算完強度的基礎上，進行橡膠件疲勞壽命的計算。從而幫助客戶快速預測橡膠件的疲勞壽命，提升產品開發效率。
設計仿真 | 采用Marc進行橡膠件疲勞壽命分析
同時在結果輸出中，需要將對數應變輸出，以用于后續的疲勞壽命計算。計算結果如下圖所示?？梢钥吹?，最大對數主應變發生在橡膠襯套和套筒接觸區域，以及在襯套邊緣接觸區域。
T=0.25時 最大主應變
T=0.8時 最大主應變
在此基礎上，新增一個用于疲勞計算的分析任務，用于疲勞壽命計算。其計算設定參數如下圖所示。其中，載荷類型采用變幅載荷，載荷歷程計算方法采用重復計數法則以保證半周期的載荷也被考慮進去。選定前一步計算好的結果文件，并定義好應變壽命計算的增量步范疇，該分析取第一步到最后一步的應變進行疲勞壽命計算。
疲勞計算結果如下圖所示，可以看到其損傷最大的位置在橡膠特征倒角處，最大損傷值為6.28e-5。這與前面計算的最大對數應變的位置相對應。
04
小 結
采用Marc軟件，可以很方便的在計算完強度的基礎上，進行橡膠件疲勞壽命的計算。從而幫助客戶快速預測橡膠件的疲勞壽命，提升產品開發效率。
展開 采用Marc進行橡膠件疲勞壽命分析
橡膠件疲勞分析概述
在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前仍然是困擾行業的難題。
Marc軟件在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
下面，我們將介紹如何采用彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。
彈性橡膠體的疲勞理論介紹
根據彈性體疲勞理論，彈性體的壽命和其對數應變和格林應變存在對應關系，也就是Woehler公式，其形式如下：
上述公式中，為彈性體破壞時的循環次數，為其對應的最大對數應變和格林應變。A和n為需要擬合的參數。其曲線的擬合形式如下圖所示。
然后通過雨流計數法則進行變幅損傷累積疊加，如下表達式。當D<1認為彈性體沒有發生破壞，當D≥1認為彈性體發生破壞。
在實際的計算中，只需計算一個周期的載荷循環，就可以進行彈性體壽命的預測。下面將介紹如何在Marc中進行彈性體疲勞壽命的擬合。
展開 設計仿真 | 采用Marc進行橡膠件疲勞壽命分析
01
橡膠件疲勞分析概述
在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前仍然是困擾行業的難題。
Marc軟件在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
下面，我們將介紹如何采用彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。
展開 【1月11-13日 西安 斯姆勒】結構振動、跌落、沖擊與疲勞壽命計算高級工程應用
5.PSD分析設置 6.隨機振動疲勞
7.工程實例：電路板的隨機振動分析
振動疲勞壽命計算
掌握振動疲勞壽命計算方法
1.
【12月14-17日 南京】結構振動、跌落、沖擊與疲勞壽命計算高級工程應用
結構振動、跌落、沖擊與疲勞壽命計算高級工程應用
25個實例模型課程中人手一機操作指導
案例01、自定義材料和材料庫的建立、調用演示實例
案例02、材料實驗數據輸入及曲線擬合
案例03、利用運動副連接的活塞機構計算
案例04、復雜裝配體的網格劃分技巧
案例05、旋轉飛輪的振動特性分析
案例06、機架的振動特性分析
案例07、彈簧振子系統振動分析
案例08、鋼結構的模態計算
案例09、考慮升力的機翼預應力模態計算
案例10、橡膠支撐的非線性模態分析
案例11、預應力結構的諧響應計算
案例12、結構多激勵的諧響應計算
案例13、泰勒桿沖擊的瞬態動力學計算
案例14、齒輪動力學計算
案例15、響應譜數據的生成方法
案例16、電子產品支撐架的響應譜計算
案例17、電路板的隨機振動分析
案例18、結構的隨機振動疲勞壽命計算
案例19、多連桿機構的剛柔耦合分析
案例20、電路板的跌落分析
案例21、點焊結構沖擊失效分析
案例22、泰勒桿沖擊
案例23、高速彈體沖擊侵徹失效計算
案例24、車輪與路基的碰撞分析
案例25、梁結構固有頻率優化
課程差異化
1專注CAE仿真計算，13年大量的工程案例積累
2、7000多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成的版權課程體系
3、有自己的超算中心，有豐富的項目案例庫
專家團隊
寧老師，首席專家，畢業于西安交通大學、力學博士，多年上市機械企業結構負責人，17年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，發表論文20余篇，獲得專利11項，開發有限元軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，瞬態動力學時程分析，轉子動力學分分析
展開 MSC一體化疲勞壽命預測系統
振動疲勞
預測結構在隨機振動載荷下的疲勞壽命；在頻域進行仿真計算（輸入載荷在頻域中描述，損傷分析）；可使用頻響結果或隨機振動分析的結果；求解方法DIRLIK，具有通用性。
仿真的靈活性
輪轂疲勞
可以對車輪或其它旋轉體進行疲勞分析，這些結構的特點為承受的載荷是沿著旋轉體的外圍傳播的。通過載荷施加到車輪連續扇區上而完成仿真分析。
在MSC Fatigue中，可以在損傷最嚴重的表面角度為每一個節點繪出疲勞壽命和疲勞損傷云圖。MSC.Fatigue Wheels應用領域：所有類型的車輪或帶輪的交通工具；在循環載荷作用下的旋轉機械。
成功案例：BF Goodrich
客戶：
飛機輪轂制造商
挑戰：
盡量減少物理實驗
解決方案：
采用MSC.Fatigue，預測一系列的載荷工況下輪轂的壽命。
價值：
縮短項目倒入時間，提高設計能力，為產品定型提供參考數據。
工程應用實例
電機轉軸應力強度和疲勞分析
電機軸有限元模型及約束
載荷
驅動扭矩時間圖
轉軸應力時間圖
轉軸應力沖擊曲線
疲勞壽命計算
轉軸的疲勞壽命：
材料 45#鋼，E=2.1e5MPa， UTS = 333MPa。材料的疲勞曲線如下：
疲勞計算結果
疲勞壽命計算結果：最低壽命3.34e5。
展開 橡膠產品的壽命計算
.、 疲勞壽命計算原理
任何疲勞計算，都是基于五個步驟，即五步法。
結構疲勞計算的重要一點，就是將時間引入到了計算結果中，就是疲勞的計算結果和時間相連。在ANSYS Workbench平臺
下自帶的疲勞模塊，只能做線性疲勞，即把靜力學的一個狀態計算結果，通過載荷步映射到整個計算時間區域。
第一步
--準備小試樣
--做等幅對稱應力控制疲勞試驗
第二步
--獲取得到材料S-N曲線
第三步
--調整S-N曲線
--缺口
--表面加工
--表面處理
--尺寸
--應力集中等
第四步
對應力歷程數據進行雨流計數
第五步
-對每個循環計算疲勞損傷
-用Miner準則累計損傷
-計算疲勞壽命
損傷的定義
疲勞壽命計算
疲勞損傷計算
展開 
【11月23-26日 北京】nCode DesignLife結構疲勞計算與疲勞裂紋擴展壽命分析
ANSYS nCode DesignLife結構疲勞計算與疲勞裂紋擴展壽命分析
一、課程背景：
疲勞破壞是工程結構遭受往復載荷引起結構失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。ANSYS nCode DesignLife軟件是一款領先的疲勞分析軟件，其先進的疲勞分析功能與ANSYS Workbench融于一體。該課程全面系統的講解DesignLife軟件疲勞計算的原理，軟件設置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結果的使用，應力疲勞，應變疲勞，振動疲勞，疲勞裂紋擴展壽命分析等內容，使學員理解疲勞壽命計算的相關概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內掌握nCode DesignLife的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產品設計與評估的能力。
二、增值服務：
贈送定制U盤一個；
同一單位2人報名享受9折優惠；同一單位3人以上（含）報名享受8.5折優惠；
課程結束后贈送10套學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
三、授課專家：
該課程講師，9年仿真分析工作經驗、副教授，碩士期間主修工程力學，擅長工程結構數值分析、流場流動模擬、流固耦合及多物理場耦合數值模擬，擁有豐富的大型工程結構數值分析、流體動力學模擬和多場耦合模擬經驗。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇。培訓60多場次，學員上千人。
四、時間地點：
2018年11月23-26日 北京
(第一天報到，授課3天)
五、課程大綱：
六、培訓費用：
標準費用：3800元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 基于workbench的復雜條件下底部鉆具組合疲勞壽命分析
由上圖可以看出，表面線性裂紋的下部鉆具組合（BHA）的疲勞壽命計算結果為3.09e+007 次；深埋圓形裂紋的BHA 的疲勞壽命計算結果為2.18e+008 次；深埋橢圓形裂紋的 BHA 的疲勞壽命計算結果為1.01e+008 次。表面半橢圓裂紋的BHA 的疲勞壽命為5e+007 次。計算結果符合現場的使用情況。
3.3 裂紋長度對BHA 壽命的影響
各種裂紋在某一次循環載荷的作用下都將發生擴展，隨著裂紋的擴展，擴展后的裂紋尖端的應力強度因子也將產生變化。這一變化按產生的原因可以分為兩大類：第一類是自身幾何尺寸的變化導致的應力強度因子的增大；另一類是由于自身以及其他裂紋幾何尺寸的變化而導致的應力強度因子綜合構形系數的變化。本文主要研究了第一類影響—裂紋長度的變化，對于鉆柱疲勞壽命的影響。
圖 7 所示為基于ANSYS-Workbench 的具有表面線性裂紋、深埋圓形裂紋、表面半橢圓裂紋和深埋橢圓裂紋的BHA 的疲勞壽命隨著不同形狀裂紋長度的不同的變化曲線。由圖可知，不管裂紋形狀如何，下部鉆具組合的疲勞壽命隨著裂紋長度的增加都呈現降低的趨勢。因此，在實際現場應用中，要盡力控制裂紋的擴展，延長鉆柱的使用壽命。
展開 基于nCodeDesignlife的電池箱疲勞壽命研究
摘要：針對電池箱對振動疲勞耐久性能的要求，結合國標中隨機振動的加速度功率譜密度函數和材料的S-N曲線，采用Miner線性累積損傷理論和Dirlik疲勞壽命計算方法，對電池箱進行隨機振動條件下的疲勞壽命分析。
關鍵詞：電池箱；疲勞壽命;隨機振動；nCodeDesignlife
路面不平度產生的隨機振動是造成電動汽車零部件發生疲勞破壞的主要因素[1]。電池箱對電池組起防護和保障安全的作用，其疲勞耐久性能對于保障車輛及乘員安全至關重要。
電池箱的疲勞壽命分析主要有時域和頻域方法。時域法采用經典的雨流循環計數統計載荷信息，容易丟失載荷數據，計算量大，工程應用不是很廣泛;頻域法從概率統計的角度統計載荷信息，采用功率譜密度（PSD）描述隨機振動載荷在各個頻率成分上的統計特性[2]，廣泛應用于航天、海工、汽車等領域。目前電池箱的疲勞壽命研究[3-5]大多致力于時域振動和定頻振動，隨機振動的疲勞壽命研究較少。本文基于頻率響應分析研究電池箱隨機振動的疲勞壽命，為電池箱的疲勞壽命分析提供一種高效的方法。
1 隨機振動疲勞壽命分析方法
本文參照電池箱振動測試的國標選取加速度功率譜密度，避免建立整車模型和提取加速度載荷譜的復雜過程。
1.1 加速度功率譜密度
隨機振動無法用確定的函數關系式表示，只能通過概率統計的方法表示。在頻域內，采用功率譜密度函數表示隨機振動在各個頻率的統計特性[6]。功率譜密度函數Sx(ω)為自相關函數R(τ)的傅里葉變換公式為：
GB/T 31467.3-2015[7]中規定電池箱隨機振動的加速度功率譜密度如圖1所示。
圖1 加速度功率譜密度
1.2 疲勞壽命計算方法
Dirlik計算方法是疲勞仿真軟件nCodeDesignlife所采用的方法。
展開 形狀不規則裂紋的疲勞壽命預測技術
形狀不規則裂紋的疲勞壽命預測技術
林曉斌 Roderick A.Smith
摘要 描述了一種能自動模擬任意面形裂紋疲勞擴展的計算技術。該技術基于三維有限單元法和Paris疲勞裂紋擴展速率方程，并具有網格隨裂紋擴展重新自動生成的能力。技術的實用性通過幾個典型的工程裂紋模擬實例得到了說明。
關鍵詞 疲勞裂紋擴展 損傷容限設計 應力強度因子 有限元
中國圖書資料分類法分類號 TP202
1963年Paris和Erdogan［1］發表了一篇著名的論文，首次對疲勞裂紋擴展速率和應力強度因子范圍之間的試驗曲線進行了關聯，指出了金屬材料中裂紋的疲勞擴展主要由應力強度因子范圍控制。盡管從那時起，以斷裂力學為基礎的疲勞裂紋擴展研究得到了迅速發展，但Paris和Erdogan建議的經驗公式目前仍然是計算工程裂紋疲勞擴展壽命的主要工具。
工程中遇到的裂紋通常是形狀不規則裂紋，在疲勞載荷作用下，這些不規則裂紋又可能發生顯著的形狀變化。如何處理裂紋的形狀及其變化，一直是疲勞科學家和工程師想要解決的問題。當前，裂紋的斷裂評定或剩余疲勞壽命計算一般需要預先假定裂紋的形狀，例如，假定表面裂紋為半橢圓形、埋藏裂紋為橢圓形、穿透裂紋為直線形。一些規范，如美國的ASME XI［2］，英國的BSI PD 6493［3］和中國的CVDA—84［4］等都給出了簡化裂紋的具體步驟。這些規則也建議了計算疲勞裂紋擴展壽命的方法，即通過假定裂紋在疲勞擴展過程中的形狀，應用Paris公式對裂紋前沿上的一個特征點進行計算，對于表面裂紋，這一特征點通常為裂紋深度點。大量試驗已經表明，這些規范所假定的裂紋形狀在許多情況下與實際不符。
筆者最近發展了一種計算疲勞裂紋擴展壽命的新技術。該技術能直接跟蹤預測疲勞裂紋的形狀變化，從而顯著提高了疲勞壽命的計算精度。
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