應力疲勞的案例
ANSYS nCode DesignLife等幅應力、應變壽命疲勞分析完整教程 ￥10
等幅應力壽命疲勞分析目標和步驟
? 目標:
?使用ANSYS Mechanical和ANSYS nCode DesignLife
解決等幅應力-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
?求解
?后處理獲取疲勞結果
應變壽命疲勞分析理論分析基礎及DesignLife關鍵設置
Strain-Life (EN) 應變疲勞分析理論基礎
? 討論循環應力-應變曲線和應變-壽命關系的關系
? 討論平均應力的影響
基于應力疲勞壽命評估之多軸評估方法
目標和步驟
? 目標:
? 檢查多軸評估方法及影響應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
? 查看結果
其他方法求解:
? 研究其他應力組合方法（ stress Combination Methods ）
?調查非平均SN數據的使用（ Certainty of survival ）
?研究應力梯度效應
?安全系數計算
等幅SN疲勞壽命分析之平均應力影響
目標/步驟
? 目標:
? 檢查平均應力對疲勞壽命評估影響
? 步驟
? restore archive
? solve Mechanical model
?
展開 仿真應用 | 基于Fatigue Tool應力疲勞強度評估
現實生活中，結構失效的80%以上屬于疲勞失效，并且疲勞失效具有突發性，失效前沒有明顯的征兆。隨著制造業競爭愈加激烈，在設計研發過程中對零部件進行疲勞強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，為懸臂梁結構。嘗試進行應力疲勞強度評估。
材料疲勞參數
使用EngineeringData的自帶材料Structural Steel的疲勞參數：
網格
插入Body Sizing，設置如下：
網格設置
網格劃分結果如下：
網格狀態
主應力結果
最大主應力（Average，平均節點應力）：
最小主應力（Average，平均節點應力）：
應力幅：
因為本案例為簡諧作用力，可認為應力幅為：
（111.76+112.39）/ 2=112.075MPa
應力疲勞強度評估
Fatigue Tool的設置：
求解鋼棒的壽命，下圖結果表明，鋼棒中部倒圓角處的疲勞壽命最低，為217030個載荷循環。
手算驗證
根據仿真軟件計算壽命217030，結合材料的疲勞參數S-N曲線，通過樣條插值，反推應力幅為112Mpa。
展開 仿真應用 | 基于Fatigue Tool應力疲勞強度評估
材料疲勞參數
使用EngineeringData的自帶材料Structural Steel的疲勞參數：
網格
插入Body Sizing，設置如下：
網格設置
網格劃分結果如下：
網格狀態
主應力結果
最大主應力（Average，平均節點應力）：
最小主應力（Average，平均節點應力）：
應力幅：
因為本案例為簡諧作用力，可認為應力幅為：
（111.76+112.39）/ 2=112.075MPa
應力疲勞強度評估
Fatigue Tool的設置：
求解鋼棒的壽命，下圖結果表明，鋼棒中部倒圓角處的疲勞壽命最低，為217030個載荷循環。
手算驗證
根據仿真軟件計算壽命217030，結合材料的疲勞參數S-N曲線，通過樣條插值，反推應力幅為112Mpa。Fatigue Tool的計算結果是可靠的。
展開 疲勞分析中的應力-壽命法淺談
疲勞分析中的應力-壽命法淺談
應力-壽命法又稱作S-N法。它是最早形成的疲勞設計方法，以材料或零件的S-N曲線為基礎，對照試件或結構疲勞危險部位的應力集中系數和名義應力，結合疲勞累積損傷理論，校核疲勞強度或計算疲勞壽命。循環應力的類型有完全對稱的正弦型恒幅應力循環、波動應力循環、隨機載荷等。典型的應力歷史如下：
應力-壽命法中的關鍵就是S-N曲線，下面對S-N曲線進行著重介紹。S-N曲線的數學表達式有冪函數式、指數式和三參數式：
a)
冪函數式：Sm·N=C。m與C是與材料、應力比、加載方式等有關的參數。兩邊取對數可得lg S=A+B lgN，其中A=LgC/m, B=-1/m，可見S-N曲線具有對數線性關系（下圖左）。
b)
指數式：em s·N=C。兩邊取對數后成為S=A+B lg N，是半對數關系（下圖右）。
c)
三參式：(S-Sf)m.N=C。考慮疲勞極限Sf，且當S趨近于Sf時，N?￥。
最常用的是冪函數式。高周應力疲勞，適合于N>104-107。
應力-壽命法實例展示：
某材料疲勞極限為90MPa，屈服強度為186MPa。因此，當N0=106時，S0=90MPa，當N=103時，S=186MPa。
則Basquin斜率為
把數值代入上式得b=-0.105，則此材料的局部S-N曲線如下圖所示：
進而可得：
把S=150MPa代入上式，N=7860。即當應力為150MPa時，應力循環為7806次。
展開 
單邊驅動式搖擺篩偏心軸的應力與疲勞分析
圖9 偏心軸的應力分布云圖
由有限元分析結果可知，偏心軸上的危險部位出現在中間軸承座支撐處，最大應力值為35.099MPa，與解析法所得結果基本一致。
5偏心軸的疲勞壽命分析
疲勞是指在某點或某些點承受交變應力, 在足夠多的循環作用之后形成裂紋或完全斷裂的材料中所發生的局部的、永久結構變化的發展過程[11]。偏心軸在工作時受到交變載荷作用, 不可避免地會發生疲勞破壞, 而進行疲勞壽命分析可以有效地預防事故的發生。
常用的疲勞壽命分析方法有名義應力法、局部應力應變法和裂紋擴展壽命法[12-13]。根據不同的疲勞破壞形式，可以選擇不同的疲勞分析方法。本文主要運用局部應力應變法對偏心軸進行疲勞壽命分析。
目前, 局部應力應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。但應用較多的是蘭德格拉夫損傷公式[14]。
R.W.蘭德格拉夫認為:損傷的大小由塑性應變幅Δεp與彈性應變幅Δεe的值來控制[14]。應變循環造成的損傷公式為:
計入平均應力的影響,修正后的損傷公式為 :
式中:K′為循環強度系數；n′為應變硬化指數；εf′為疲勞延性系數；σf′為疲勞強度系數；b為疲勞強度指數；c為疲勞延性指數；E為彈性模量；σm為平均應力。
根據機械設計手冊查得[15]：
45號鋼的低周疲勞性能參數K′=1153MPa、n′=0.179、b=?0.123、c=?0.526、εf′=0.465、σf′=1115MPa。
許用應力疲勞值σ-1=285.1MPa
將最大應力σd=35.099MPa和各參數值代入（9）式中，經過計算得到N′=0.98年。
通過對偏心軸進行疲勞壽命分析，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行檢修和更換的時間，能夠有效地預防事故的發生。
展開 關于汽車歧管熱應力疲勞分析
下面我們就仔細研究一個fe-safe分析歧管熱應力疲勞的一個案例。
我們分析的模型是一個四缸發動機的排氣歧管，歧管的幾何構型和網格模型如下所示。首先要對模型進行熱應力強度分析，采用abaqus軟件完成，最后生成odb文件，然后基于odb結果文件進行fe-safe疲勞分析。
圖1 岐管網絡模型
導入fe-safe后，讀入需要的應力結果，只需要讀入每一個分析步最終的溫度和應力結果，如下圖所示。設置單位為mm單位制。
圖2 結果讀取
Fe-safe的分析過程如下：
step1：定義載荷
載荷包括單一疲勞載荷序列，兩類數據載荷的循環（熱載荷和機械載荷），還有第三個載荷序列（機械載荷和環境溫度載荷）
step2：定義表面光潔度
假設所有零件具有鏡面光潔度，Kt=1。
圖3 定義表面光潔度
step3：定義材料
定義與溫度相關的材料參數，復制SAE_950C-Manten材料，并對其進行修改。
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 焊接結構疲勞分析案例解析
本文原創首發于訂閱號：上海安世亞太
關于ANSYS 2022 版本的學習資料
可在上海安世亞太訂閱號自助領取
1 焊接疲勞背景
焊接連接是工業領域上非常常見的結構連接形式，在結構設計中具有十分重要的地位。焊接接頭通常幾何特征非常復雜、含缺陷（如夾雜）、存在殘余應力、存在熱影響區等，這使得焊接接頭處存在高度應力集中，應力在尖銳缺口處奇異，因此傳統的應力疲勞分析無法應用于焊縫疲勞分析。
常用的焊縫疲勞分析主要有如下四類方法：1）名義應力法，2）熱點應力法，3）峰值應力法，4）結構應力法。其中結構應力法關于有限元網格的不敏感性，在工程應用上具有獨特的優勢。該方法的核心是將節點力及力矩轉換成沿著焊趾的線力及線力矩，繼而分解出焊趾位置表面膜應力和彎曲應力，基于彎曲應力比插值焊縫S-N曲線，獲得相應的疲勞結果。
2 焊接疲勞分析案例
通常焊接結構疲勞分析有兩種有限元建模方式：殼建模和實體建模。其中殼建模網格數量少，計算規模小，在工程上得到了大量應用。
接下來，我們通過一個案例具體了解焊縫疲勞的仿真過程。案例采用殼單元對某箱梁圓管焊接組合件進行建模，結合Ansys Mechanical及Ansys nCode DesignLife軟件，采用殼單元結構應力法，對焊縫進行疲勞評估。并且利用Ansys nCode DesignLife高級功能，同時評估母材的應力疲勞。
2.1 靜力學分析
某箱梁圓管焊接組合件見圖1，箱梁翼緣和腹板、箱梁和圓管焊縫連接處均采用外側單邊角焊縫。焊縫高度均為5mm。
展開 疲勞測試方法及應用介紹
【前言】
當構件的某個點在承受足夠大擾動應力，經過足夠多的循環后會形成裂紋，這一現像被稱為疲勞。疲勞斷裂是工程結構和部件失效的主要原因。在目前的應用和研究中，較主流的疲勞測試方法主要有4類: 1. 名義應力應變法；2. 局部應力應變法；3. 能量法；4. 斷裂力學法。本文簡要介紹了此4類方法及其應用。
1 .名義應力法
名義應力法是對標準構件施加額定應力測試的方法，根據最大循環應力與屈服應力的關系，分為應力疲勞和應變疲勞。
首先介紹應力疲勞，其定義是若最大循環應力Smax小于屈服應力Sy，為應力疲勞。由于應力疲勞測試，材料壽命大于104次，所以應力疲勞也被稱為高周疲勞。應力疲勞依據的理論，金屬材料的應力S與破壞時的循環次數N呈非線性分布?？捎脙绾瘮担?取對數：，或用指數式：取對數來表示，這一方法稱為S-N法。實際測試中用S-N曲線，或p(存活率)-S-N曲線分析結果。
應力疲勞一般用于材料疲勞S-N曲線，如圖1和圖2，采用升降法測試AZ31B鎂合金疲勞極限(應力比為0.1，疲勞壽命為107對應的疲勞載荷)。圖中AZ31B鎂合金試樣的疲勞極限為97.29MPa。
圖1. AZ31B鎂合金疲勞測試
圖2.AZ31B鎂合金疲勞測試 S-N 曲線
應變疲勞應用于高載荷低設計壽命構件的測試。其定義是：若最大循環應力Smax大于屈服應力Sy，為應變疲勞。應力疲勞測試用于研究部件在高載荷低頻率的場合，如壓力容器使用壽命期限內，總循環次數數量級為104，因此，用應變作為疲勞性能參量描述。
展開 焊接結構疲勞分析案例解析
焊接接頭通常幾何特征非常復雜、含缺陷（如夾雜）、存在殘余應力、存在熱影響區等，這使得焊接接頭處存在高度應力集中，應力在尖銳缺口處奇異，因此傳統的應力疲勞分析無法應用于焊縫疲勞分析。
常用的焊縫疲勞分析主要有如下四類方法：1）名義應力法，2）熱點應力法，3）峰值應力法，4）結構應力法。其中結構應力法關于有限元網格的不敏感性，在工程應用上具有獨特的優勢。該方法的核心是將節點力及力矩轉換成沿著焊趾的線力及線力矩，繼而分解出焊趾位置表面膜應力和彎曲應力，基于彎曲應力比插值焊縫S-N曲線，獲得相應的疲勞結果。
焊接疲勞分析案例
通常焊接結構疲勞分析有兩種有限元建模方式：殼建模和實體建模。其中殼建模網格數量少，計算規模小，在工程上得到了大量應用。
接下來，我們通過一個案例具體了解焊縫疲勞的仿真過程。案例采用殼單元對某箱梁圓管焊接組合件進行建模，結合Ansys Mechanical及Ansys nCode DesignLife軟件，采用殼單元結構應力法，對焊縫進行疲勞評估。并且利用Ansys nCode DesignLife高級功能，同時評估母材的應力疲勞。
1、靜力學分析
某箱梁圓管焊接組合件見圖1，箱梁翼緣和腹板、箱梁和圓管焊縫連接處均采用外側單邊角焊縫。焊縫高度均為5mm。
展開 擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應力模擬金屬疲勞問題 ￥800
擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應力模擬金屬疲勞問題
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環加載中的包辛格效應
背應力的演化遵循AF模型
并使用原始的PAN模型描述滑移系統的硬化行為
為了表征多晶的疲勞壽命，引入兩類疲勞指示因子分別為
一：累計塑性滑移
二：累計能量耗散
展開 
基于SiPESC平臺焊接結構疲勞強度分析——應力篇
疲勞分析背景
機械構件的連接多采用焊接結構，在實際工作中構件承受復雜的交變載荷，容易發生疲勞破壞。構件的焊接接頭由于存在焊接缺陷、應力集中和殘余拉伸應力等，在承受交變載荷時的疲勞強度一般都低于母材的疲勞強度，疲勞破壞總是集中在焊縫區域，因此，焊縫處是工程設計人員在進行疲勞評估時的重點分析部位。在評估過程時應力選擇和SN曲線（應力壽命曲線）選擇極為重要。
焊接接頭的疲勞破壞模式有兩種，一種發生在焊根B處一種發生在焊趾A處。
展開 同一應力水平下，疲勞壽命和結構體積大小的關系
以前看到fe-safe幫助文檔上面講，在同一應力水平下，體積大的結構疲勞壽命值更小。因為受彎結構，橫截面大的件應力梯度小，所以疲勞壽命小。
為了驗證這個理論，同時驗證FEA和理論計算的差距，現創建兩個懸臂梁模型，一端固定，另一端加載Z方向向下的1000N的力，使結構發生彎曲。
模型一、100*10*20的懸臂梁
模型二、100*10*10的懸臂梁
因為在分析中約束端會出現應力集中，我們只比較懸臂梁中間處的應力狀態和疲勞壽命值。
一、理論計算
計算結果，σ1=75MPa, σ2=300MPa，σ2=4*σ1
二、CAE計算
單元類型使用C3D8I，結構的末端使用RB2耦合，載荷作用在其參考節點上，方向向下。
應力分析結果：
模型一
理論分析結果為σ1=75MPa，CAE分析結果如圖，兩者結果非常接近
模型二：
理論分析結果為σ2=300MPa，CAE分析結果如上圖
由以上結果，CAE分析和理論分析結果統一。
疲勞分析
現將模型一的載荷放大四倍，此時結構中線上表面的應力為σ1=σ2=300MPa，將結果導入Ncode中計算疲勞壽命值(S-N)。
分析結果：
模型一、
模型一中線處上表面的疲勞壽命平均值為1.522e+5
模型二中線處上表面的疲勞壽命平均值為2.286e+5
模型一（20mm）的疲勞壽命值為1.522e+5，模型二（10mm）的疲勞壽命值為2.286e+5，證明受彎結構在同一應力水平下，大結構的疲勞壽命值確實要低于小結構的疲勞壽命值。
展開 6110 曲軸殘余應力數值模擬及疲勞強度分析
6110 曲軸殘余應力數值模擬及疲勞強度分析------- 吉大碩士論文
軸疲勞.rar
基于FE-SAFE的等效結構應力法分析焊縫疲勞
一般在焊接結構疲勞分析中存在兩個關鍵問題：一是焊接接頭的分類如何把握；二是焊接部位往往是應力比較集中的區域，很難準確計算出應力的分布。等效結構應力法是由美國新奧爾良大學焊接實驗室的Pingsha Dong博士等人基于斷裂力學及大量焊接試驗數據，研究出來的一種相對能準確預測焊縫疲勞壽命的方法。該方法采用網格不敏感結構應力計算方法及一條主S-N曲線預測焊接結構疲勞壽命，可以很好地解決結構應力對有限元網格大小的敏感性及焊接接頭S-N曲線選擇困難的兩個難題，從而減小了分析誤差，提高了預測精度。
在FE-SAFE軟件中，Verity模塊為一個焊縫疲勞分析專用模塊，其采用的即是等效結構應力方法。等效結構應力不僅考慮了焊趾缺口、焊接接頭板的厚度的影響、載荷模式的影響，還考慮了應力集中的影響。等效結構應力是基于結構應力計算得到的，結構應力由膜應力與彎曲應力組成，Verity模塊可以通過定義一些焊縫的信息參數及導入的通用有限元軟件（如ABAQUS軟件）節點力輸出結果來計算求得結構應力。
因此，在使用通用有限元軟件計算求解計算焊縫節點力時，需要對焊縫進行建模，如下圖所示：
將通用有限元軟件的分析結果導入FE-SAFE中之后，在Verity模塊中定義焊縫信息，如下圖所示：
定義完成需要計算壽命的所有焊縫信息后，點擊Analyse，即可求解得到結構應力，再定義載荷曲線、材料參數、選擇主S-N曲線標準差等完成焊縫疲勞分析。
基于FE-SAFE的等效結構應力法分析焊縫疲勞.pdf
展開 