應(yīng)力疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：琴湖暮雪 創(chuàng)建時間：2020-08-26
應(yīng)力疲勞的視頻教程
Ncode designlife 應(yīng)力/應(yīng)變疲勞分析
6、疲勞分析案例（學(xué)習(xí)流程） 7、后處理技巧匯總 8、工程實(shí)例講解1—高強(qiáng)螺栓應(yīng)力疲勞 9、工程實(shí)例講解2—齒輪應(yīng)力疲勞 10、工程實(shí)例講解3—壓力容器應(yīng)變疲勞
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Hyperworks螺旋彈簧六面體網(wǎng)格劃分、本體剛度、軸向壓縮工況應(yīng)力、疲勞壽命和拍打工況應(yīng)力及疲勞壽命仿真分析實(shí)例視頻教程
本課程詳細(xì)介紹了如何利用hyperworks軟件，來計算仿真計算懸架螺旋彈簧的剛度、強(qiáng)度應(yīng)力和疲勞壽命。（從頭操作到尾的實(shí)例教程，感興趣的可以跟著作者一塊做~） Coilspring.zip
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Hyperworks橫向穩(wěn)定桿六面體網(wǎng)格劃分、線剛度&扭轉(zhuǎn)剛度&側(cè)傾角剛度和疲勞應(yīng)力及疲勞壽命的仿真分析實(shí)例視頻教程
模型文件及課件.zip 本課程詳細(xì)介紹了如何利用hyperworks軟件對橫向穩(wěn)定桿進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分、穩(wěn)定桿線剛度&扭轉(zhuǎn)剛度&側(cè)傾角剛度和疲勞應(yīng)力及疲勞壽命（Twist工況下的臺架疲勞壽命，包括了SN曲線的簡單介紹以及疲勞仿真分析精度的影響因素）進(jìn)行仿真分析。（從頭操作到尾的實(shí)例教程，感興趣的可以跟著作者一塊做~）
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應(yīng)力疲勞的實(shí)例教程
等幅應(yīng)力壽命疲勞分析目標(biāo)和步驟
? 目標(biāo):
?使用ANSYS Mechanical和ANSYS nCode DesignLife
解決等幅應(yīng)力-壽命疲勞分析
? 步驟
?找到算例包并解壓
?定義Engineering Data中Ncode材料
?修改Mechanical 中模型
?Mechanical 求解分析
?獲取ANSYS nCode DesignLife 系統(tǒng)
?求解
?后處理獲取疲勞結(jié)果
應(yīng)變壽命疲勞分析理論分析基礎(chǔ)及DesignLife關(guān)鍵設(shè)置
Strain-Life (EN) 應(yīng)變疲勞分析理論基礎(chǔ)
? 討論循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和應(yīng)變-壽命關(guān)系的關(guān)系
? 討論平均應(yīng)力的影響
基于應(yīng)力疲勞壽命評估之多軸評估方法
目標(biāo)和步驟
? 目標(biāo):
? 檢查多軸評估方法及影響應(yīng)力壽命計算的其它因素
? 步驟
? 利用restore archive解壓縮
? Mechanical求解
? nCode SN Constant Amplitudesystem 和Mechanical 的model模塊建立連接
? 打開DesignLife
? 修改load mapping
? 求解
? 查看多軸評估
? 修改多軸評估
? 求解
? 查看結(jié)果
其他方法求解:
? 研究其他應(yīng)力組合方法（ stress Combination Methods ）
?調(diào)查非平均SN數(shù)據(jù)的使用（ Certainty of survival ）
?研究應(yīng)力梯度效應(yīng)
?安全系數(shù)計算
等幅SN疲勞壽命分析之平均應(yīng)力影響
目標(biāo)/步驟
? 目標(biāo):
? 檢查平均應(yīng)力對疲勞壽命評估影響
? 步驟
? restore archive
? solve Mechanical model
?
展開 現(xiàn)實(shí)生活中，結(jié)構(gòu)失效的80%以上屬于疲勞失效，并且疲勞失效具有突發(fā)性，失效前沒有明顯的征兆。隨著制造業(yè)競爭愈加激烈，在設(shè)計研發(fā)過程中對零部件進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核顯得越來越重要。Workbench的Mechanical模塊自帶Fatigue Tool功能，能基本滿足用戶的疲勞校核需要。
模型
如下圖所示，鋼棒左端面固定約束，右端面承受幅值為2000N的簡諧作用力。從受力模型來看，為懸臂梁結(jié)構(gòu)。嘗試進(jìn)行應(yīng)力疲勞強(qiáng)度評估。
材料疲勞參數(shù)
使用EngineeringData的自帶材料Structural Steel的疲勞參數(shù)：
網(wǎng)格
插入Body Sizing，設(shè)置如下：
網(wǎng)格設(shè)置
網(wǎng)格劃分結(jié)果如下：
網(wǎng)格狀態(tài)
主應(yīng)力結(jié)果
最大主應(yīng)力（Average，平均節(jié)點(diǎn)應(yīng)力）：
最小主應(yīng)力（Average，平均節(jié)點(diǎn)應(yīng)力）：
應(yīng)力幅：
因?yàn)楸景咐秊楹喼C作用力，可認(rèn)為應(yīng)力幅為：
（111.76+112.39）/ 2=112.075MPa
應(yīng)力疲勞強(qiáng)度評估
Fatigue Tool的設(shè)置：
求解鋼棒的壽命，下圖結(jié)果表明，鋼棒中部倒圓角處的疲勞壽命最低，為217030個載荷循環(huán)。
手算驗(yàn)證
根據(jù)仿真軟件計算壽命217030，結(jié)合材料的疲勞參數(shù)S-N曲線，通過樣條插值，反推應(yīng)力幅為112Mpa。
展開 材料疲勞參數(shù)
使用EngineeringData的自帶材料Structural Steel的疲勞參數(shù)：
網(wǎng)格
插入Body Sizing，設(shè)置如下：
網(wǎng)格設(shè)置
網(wǎng)格劃分結(jié)果如下：
網(wǎng)格狀態(tài)
主應(yīng)力結(jié)果
最大主應(yīng)力（Average，平均節(jié)點(diǎn)應(yīng)力）：
最小主應(yīng)力（Average，平均節(jié)點(diǎn)應(yīng)力）：
應(yīng)力幅：
因?yàn)楸景咐秊楹喼C作用力，可認(rèn)為應(yīng)力幅為：
（111.76+112.39）/ 2=112.075MPa
應(yīng)力疲勞強(qiáng)度評估
Fatigue Tool的設(shè)置：
求解鋼棒的壽命，下圖結(jié)果表明，鋼棒中部倒圓角處的疲勞壽命最低，為217030個載荷循環(huán)。
手算驗(yàn)證
根據(jù)仿真軟件計算壽命217030，結(jié)合材料的疲勞參數(shù)S-N曲線，通過樣條插值，反推應(yīng)力幅為112Mpa。Fatigue Tool的計算結(jié)果是可靠的。
展開 疲勞分析中的應(yīng)力-壽命法淺談
應(yīng)力-壽命法又稱作S-N法。它是最早形成的疲勞設(shè)計方法，以材料或零件的S-N曲線為基礎(chǔ)，對照試件或結(jié)構(gòu)疲勞危險部位的應(yīng)力集中系數(shù)和名義應(yīng)力，結(jié)合疲勞累積損傷理論，校核疲勞強(qiáng)度或計算疲勞壽命。循環(huán)應(yīng)力的類型有完全對稱的正弦型恒幅應(yīng)力循環(huán)、波動應(yīng)力循環(huán)、隨機(jī)載荷等。典型的應(yīng)力歷史如下：
應(yīng)力-壽命法中的關(guān)鍵就是S-N曲線，下面對S-N曲線進(jìn)行著重介紹。S-N曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式有冪函數(shù)式、指數(shù)式和三參數(shù)式：
a)
冪函數(shù)式：Sm·N=C。m與C是與材料、應(yīng)力比、加載方式等有關(guān)的參數(shù)。兩邊取對數(shù)可得lg S=A+B lgN，其中A=LgC/m, B=-1/m，可見S-N曲線具有對數(shù)線性關(guān)系（下圖左）。
b)
指數(shù)式：em s·N=C。兩邊取對數(shù)后成為S=A+B lg N，是半對數(shù)關(guān)系（下圖右）。
c)
三參式：(S-Sf)m.N=C?？紤]疲勞極限Sf，且當(dāng)S趨近于Sf時，N?￥。
最常用的是冪函數(shù)式。高周應(yīng)力疲勞，適合于N>104-107。
應(yīng)力-壽命法實(shí)例展示：
某材料疲勞極限為90MPa，屈服強(qiáng)度為186MPa。因此，當(dāng)N0=106時，S0=90MPa，當(dāng)N=103時，S=186MPa。
則Basquin斜率為
把數(shù)值代入上式得b=-0.105，則此材料的局部S-N曲線如下圖所示：
進(jìn)而可得：
把S=150MPa代入上式，N=7860。即當(dāng)應(yīng)力為150MPa時，應(yīng)力循環(huán)為7806次。
展開 圖9 偏心軸的應(yīng)力分布云圖
由有限元分析結(jié)果可知，偏心軸上的危險部位出現(xiàn)在中間軸承座支撐處，最大應(yīng)力值為35.099MPa，與解析法所得結(jié)果基本一致。
5偏心軸的疲勞壽命分析
疲勞是指在某點(diǎn)或某些點(diǎn)承受交變應(yīng)力, 在足夠多的循環(huán)作用之后形成裂紋或完全斷裂的材料中所發(fā)生的局部的、永久結(jié)構(gòu)變化的發(fā)展過程[11]。偏心軸在工作時受到交變載荷作用, 不可避免地會發(fā)生疲勞破壞, 而進(jìn)行疲勞壽命分析可以有效地預(yù)防事故的發(fā)生。
常用的疲勞壽命分析方法有名義應(yīng)力法、局部應(yīng)力應(yīng)變法和裂紋擴(kuò)展壽命法[12-13]。根據(jù)不同的疲勞破壞形式，可以選擇不同的疲勞分析方法。本文主要運(yùn)用局部應(yīng)力應(yīng)變法對偏心軸進(jìn)行疲勞壽命分析。
目前, 局部應(yīng)力應(yīng)變法中常見的損傷公式有3種：(1)蘭德格拉夫損傷公式；(2)道林損傷公式；(3)史密斯損傷公式。但應(yīng)用較多的是蘭德格拉夫損傷公式[14]。
R.W.蘭德格拉夫認(rèn)為:損傷的大小由塑性應(yīng)變幅Δεp與彈性應(yīng)變幅Δεe的值來控制[14]。應(yīng)變循環(huán)造成的損傷公式為:
計入平均應(yīng)力的影響,修正后的損傷公式為 :
式中:K′為循環(huán)強(qiáng)度系數(shù)；n′為應(yīng)變硬化指數(shù)；εf′為疲勞延性系數(shù)；σf′為疲勞強(qiáng)度系數(shù)；b為疲勞強(qiáng)度指數(shù)；c為疲勞延性指數(shù)；E為彈性模量；σm為平均應(yīng)力。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊查得[15]：
45號鋼的低周疲勞性能參數(shù)K′=1153MPa、n′=0.179、b=?0.123、c=?0.526、εf′=0.465、σf′=1115MPa。
許用應(yīng)力疲勞值σ-1=285.1MPa
將最大應(yīng)力σd=35.099MPa和各參數(shù)值代入（9）式中，經(jīng)過計算得到N′=0.98年。
通過對偏心軸進(jìn)行疲勞壽命分析，得到了偏心軸的疲勞壽命為0.98年。從而確定了對偏心軸進(jìn)行檢修和更換的時間，能夠有效地預(yù)防事故的發(fā)生。
展開 
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應(yīng)力疲勞的最新內(nèi)容
：</p><ul><li>聲場再現(xiàn)、傳遞路徑分析、小波包降噪、階次跟蹤、運(yùn)行模態(tài)分析、阻抗管測隔聲、多物理量同步測量</li></ul><p>全是可落地：</p><ul><li>方法、參數(shù)、設(shè)備配置、結(jié)論一目了然，拿來就能用在產(chǎn)線、研發(fā)、質(zhì)檢場景</li></ul><p>覆蓋超廣：</p><ul><li>電聲 / 噪聲控制 / 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動 / 結(jié)構(gòu)模態(tài) / AI 智能檢測 / 電氣功率分析 / 應(yīng)力疲勞
2.【2024年三等獎】韓晗 | 康明斯，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)仿真全流程自動化：論文使用Python對Ansys進(jìn)行二次開發(fā)，在SpaceClaim中自動創(chuàng)建幾何模型，Mechanical中實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)模型接觸創(chuàng)建、載荷加載以及自動處理模態(tài)、應(yīng)力、疲勞等結(jié)果，并自動寫成結(jié)果報告。通過實(shí)現(xiàn)模型前處理和結(jié)果后處理的自動化，可以明顯提升分析效率和準(zhǔn)確性。
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電氣功率分析，應(yīng)力應(yīng)變測試與疲勞壽命分析......這些工業(yè)測試測量領(lǐng)域的核心痛點(diǎn)，在這本《HBK 2025 用戶論文集》中都能找到可直接落地的解決方案。
這種隨機(jī)、往復(fù)、幅度變化的風(fēng)致應(yīng)力會對關(guān)鍵受力構(gòu)件（如焊縫、螺栓節(jié)點(diǎn)、支撐結(jié)構(gòu)）造成累積損傷，可能導(dǎo)致材料在遠(yuǎn)低于靜力強(qiáng)度的應(yīng)力水平下發(fā)生疲勞斷裂。
疲勞仿真就是在結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析（特別是基于CFD模擬得到的載荷譜）基礎(chǔ)上，引入材料的疲勞性能數(shù)據(jù)（S-N曲線或斷裂力學(xué)模型），對關(guān)鍵部位進(jìn)行疲勞壽命評估。
同時，采用多柔體動力學(xué)（MFBD）技術(shù)開展耐久性分析，預(yù)測高應(yīng)力區(qū)域的疲勞失效風(fēng)險。通過該方法，可精準(zhǔn)評估夾爪機(jī)構(gòu)內(nèi)部易損部件的使用壽命。
由于熱膨脹系數(shù)的差異可能導(dǎo)致對準(zhǔn)、應(yīng)力和機(jī)械疲勞問題，因此，選擇具有相似熱膨脹系數(shù)（CTE）的材料至關(guān)重要。鋁和不銹鋼是結(jié)構(gòu)組件的常用材料。玻璃或碳填充聚合物可以提供類似的屬性，并且重量較輕，而復(fù)合材料則可以提供極高的剛度和較低的CTE。即使使用現(xiàn)成的組件，設(shè)計工程師也必須了解其子裝配體中使用的材料。
確定基礎(chǔ)材料后，工程師需要指定要應(yīng)用的后處理。
4、后處理
后處理新增應(yīng)力疲勞分析模塊，支持對稱循環(huán)、零基循環(huán)等多種載荷循環(huán)方式，包含Goodman、Soderberg等多種平均應(yīng)力理論可供選擇?？苫趹?yīng)力結(jié)果預(yù)測循環(huán)載荷下結(jié)構(gòu)壽命、損傷、安全系數(shù)，從而在設(shè)計階段規(guī)避因疲勞導(dǎo)致的失效風(fēng)險。
■ AIFEM 前后處理效率顯著提升，EDA接口實(shí)現(xiàn)自動化建模與映射；腳本錄制支持流程自動化；接觸算法通過工程驗(yàn)證；多物理場耦合與應(yīng)力疲勞評估能力進(jìn)一步完善。
■ AIPOD 新增軟件接口與版本超過20項(xiàng)，完成多項(xiàng)易用性改進(jìn)，并支持流程嵌套與高性能計算平臺適配。
此時，除了需要由應(yīng)力結(jié)果估計危險疲勞區(qū)域，提取危險點(diǎn)的應(yīng)力結(jié)果外，還需要給出危險疲勞區(qū)域的特征尺寸。在Ansys Workbench中，用戶可以方便的查看應(yīng)力結(jié)果云圖，從而大體評估出危險疲勞區(qū)域。并且用戶可以通過選取高應(yīng)力區(qū)域的單元體，再通過特征尺寸一般計算公式，來估計高應(yīng)力區(qū)域的特征尺寸，進(jìn)行進(jìn)行合理的FKM疲勞評估。
圖11 基礎(chǔ)加速度激勵施加
點(diǎn)擊求解，大約10s完成計算，查看米塞斯應(yīng)力均方根值，通過極值顯示可以定位到需關(guān)注的高應(yīng)力區(qū)，可據(jù)此進(jìn)一步評估結(jié)構(gòu)的應(yīng)力可靠性和疲勞性能。同樣的方法，可以得到其他方向隨機(jī)振動仿真結(jié)果。
