ansys多工況疲勞分析的案例
ANSYS Mechanical多工況計算結果組合 附Ansys多工況組合的方法下載
ANSYS Mechanical可以非常方便的對不同工況計算結果進行組合（如比例放縮、加減等），用到的工具為Solution Combination，具體方法如下。
若同一個分析模塊中，將不同工況設置為不同載荷步進行計算，則可通過以下完成：
1，在分析設置analysis setting中設置載荷步；
2，選擇model，菜單欄會出現solution combination選項，點擊該選項；
3，選中樹形欄中的solution combination，在右側表中選擇相應載荷步進行組合，即可完成結果疊加。
若分析的模型在不同的分析模塊中，如下所示，方法與在一個模塊中類似；
選擇solution combination后，在右側表分析模塊選擇相應的模塊以及該模塊對應的載荷步，完成不同模塊計算結果的疊加。
下載地址：Ansys多工況組合的方法
展開 基于RecurDyn的多工況下的尼龍蝸輪疲勞性能研究
基于RecurDyn的多工況下的尼龍蝸輪疲勞性能研究
陳劍飛1 楊 帆2 王樹林1
（1 江蘇大學 機械工程學院， 江蘇 鎮江 212013）
（2 鎮江海關， 江蘇 鎮江 212008）
摘要 汽車轉向系統中尼龍蝸輪的齒根彎曲疲勞失效是其主要失效模式。基于Hertz接觸理論和以共旋坐標法為基礎的增量有限元法，在多體動力學軟件RecurDyn中建立蝸輪蝸桿非線性瞬態動力學模型，并根據試驗要求的多工況加載條件，對其進行應力分析和疲勞壽命分析，可以精確地得到尼龍蝸輪齒根處在各加載工況的瞬態應力值，進而研究尼龍蝸輪在相應時間歷程下的疲勞壽命。仿真分析結果與試驗疲勞壽命對比分析表明，當動力學模型和疲勞損傷模型滿足一定準確度要求時，可以利用RecurDyn快速、精確地獲取尼龍蝸輪多工況動態加載下的疲勞壽命。該疲勞性能研究方法為后續汽車轉向系統中蝸輪蝸桿的設計及疲勞壽命分析提供了模型和理論依據。
關鍵詞 尼龍蝸輪 多工況 疲勞分析 RecurDyn
0 引言
蝸輪蝸桿傳動機構用于傳遞空間相互垂直而不相交兩軸間的運動和力，具有傳動比大、傳動平穩、空間結構緊湊等優點，是汽車轉向系統的重要組成部件，其性能和使用壽命決定了整個系統的可靠性。在嚙合過程中，蝸輪蝸桿接觸面積較小、受力時間短，在循環沖擊載荷作用下，蝸輪齒根位置極易發生疲勞破壞[1]。隨著工業技術的不斷進步，蝸輪的承載要求越來越高，而齒根疲勞斷裂是蝸輪失效的主要形式。在設計過程中需要充分考慮蝸輪的加載工況和發生疲勞失效的主要因素，提高蝸輪的使用壽命，這對汽車轉向系統的設計具有重大的意義[2-4]。
展開 基于ANSYS workbench和designlife的多軸疲勞分析
Nastran方法與ANSYS workbench方法分析出來的1.098僅相差2%左右。
4總結
本案例介紹了利用ANSYS workbench和ncode designlife軟件對零件進行多軸疲勞分析的整套流程。我們可以見到ncode軟件功能非常全面、強大，與準確的CAE分析結果搭配起來，可以為工程實際提供很好的參考。愿大家看完有所收獲。
以后本人還會不定期發帖介紹ANSYS workbench和designlife的一些技巧和應用，感謝各位以及技術鄰官方的關注！
文章里用到的模型文件和測試數據放在附件中，可以下載用來練習。
附件：shaft.rar
展開 彎曲工況下車輪強度、疲勞分析方法對比
1.6材料參數
輪輻、輪輞的材料參數如下表1所示
2 邊界條件
2.1模型1、2彎曲工況強度分析邊界條件
根據車輪彎曲疲勞試驗的工作原理 [2],因為車輪內輪輞邊緣部分被試驗臺夾具壓緊固定，不能旋轉和移動，所以對內輪輞邊緣施加全約束，即六個自由蘇全部被約束。車輪承受的彎矩是通過加載軸施加的，在加載軸的自由端施加沿y、z方向施加隨時間變化的兩個力，該力的大小等于車輪試驗彎矩除以加載軸的長度：
其中，M為試驗彎矩載荷，L為加載軸長度，t為加載時間。
2.2模型3、4、5彎曲工況強度分析邊界條件
約束車輪內側邊緣6個方向的自由度[2]，在連接件與輪輻之間的5個螺栓上施加預緊力Fp=T/kd，其中T為螺栓的擰緊扭矩，k為汽車常用擰緊扭矩系數，d為螺栓的螺紋直徑。在加載軸的自由端沿y、z方向施加隨時間變化的兩個載荷：
2.3彎曲工況疲勞分析邊界條件
模擬車輪回轉彎曲疲勞試驗，計算車輪回轉彎曲疲勞壽命，螺栓安裝孔附近應力集中比較嚴重，最大Von Mises應力超過材料屈服強度。車輪實際安裝狀態下安裝孔附近一般不具強度風險，故不對此處靜強度及疲勞壽命做重點考察。
3 分析結果
3.1強度分析結果
考察螺栓孔附近、輪輻拉伸位置、通風孔附近的von Mises應力,如下圖5所示。
3.2疲勞分析結果
考察輪輻拉伸位置、通風孔附近的疲勞壽命如下圖6所示。
展開 
ANSA中Nastran多工況分析設置——線性靜力分析
問題描述
在ANSA環境下設置Nastran多工況分析中的線性靜力分析。下圖為一個I型梁的有限元實體模型，存在多個邊界條件。
如左圖所示，一個I型梁的有限元實體模型的上表面的某個區域承受一個靜載荷壓力沿著Z軸的負方向，大小為1MPa，并且考慮重力的影響。需要研究在兩種載荷條件下，該模型的靜態行為。第一種只包含重力；第二種同時包含重力及上表面的壓力載荷。
基本步驟介紹
定義單點約束(SPC)
約束3為約束1和約束2的組合。
施加重力載荷
在預定義的單元面上施加預定義載荷
定義耦合的載荷集
如圖所示，為所有施加的載荷及邊界約束。
為靜力分析求解問題設定Header
本文主要介紹了ANSA中Nastran模塊對多工況分析步的設置。通過ANSA對上述工況進行設置，然后使用NASTRAN求解I型梁模型的線性靜態問題，確定梁在特定載荷工況下的響應。
ANSA中Nastran多工況分析設置.pdf
展開 電機多轉速工況的NVH分析！
電磁噪聲從CAE仿真的角度來講，它是一個非常典型的多物理場耦合的問題。
本文將著重介紹利用Ansys2019R2最新版本的最新技術，如何實現電機多轉速工況下由電磁力引起結構振動噪聲的分析流程(之前版本只限于某個指定轉速工況下的電磁振動噪聲分析，無法自動實現多轉速工況下的分析流程及噪聲瀑布圖的輸出；而Ansys2019R2可以實現這個功能)。另外本文下面顯示的模型僅供為了說明分析流程之用。
首先、在Workbench平臺中搭建電機整個多物理場耦合的NVH分析流程。
展開 ABAQUS多工況分析
載荷工況(簡稱工況)指特殊加載條件下的一組載荷及邊界條件，多工況分析指對一組工況同時求解，當結構承受多種不同類型的載荷時，需要研究結構在不同載荷和邊界條件下的線性響應時，使用多工況對問題進行分析比使用多個分析步更高效。例如研究飛機在起飛、爬升、巡航、俯沖、著陸和滑行過程中經歷的不同載荷的組合響應時，就可以采用多工況進行分析。
1、支持多工況分析的分析步類型有兩種：
*STEP, PERTURBATION
*STATIC (靜態的線性攝動分析)
*STEADY STATE DYNAMICS, DIRECT (直接法的穩態動力學分析)
2、多工況中可以包含的載荷類型：
邊界條件(不同的工況可以有不同的邊界條件)；
集中力;
分布力;
分布面力;
基于慣性的載荷；
3、功能的實現
首先，在step模塊下，創建一個適用于多工況的分析步；
在load模塊下，通過create load 功能創建多工況load，如創建Force-X、Force-Y、Force-Z、Moment-X、Moment-Y、Moment-Z六種載荷；
通過create boundary condition 功能，創建分別用于每種工況的約束條件，如BC1、BC2、BC3，或者創建一種適用于六種工況的約束條件;
同樣在load模塊下，通過主菜單load case功能創建用于分析的工況。
展開 基于python：Nastran多工況強度分析，根據Excel生成bdf ￥10
工作中時常接觸到副車架、扭力梁之類的部件的強度分析，其載荷工況數目較多，通常多達十幾個硬點、三十余工況，載荷預處理工作量較大，特別是在甲方載荷給的是Excel表格的情況下，如果根據硬點和載荷工況輸入每個方向的力，則會造成很大的工作量，且容易造成輸入數據有誤。
在接觸python之前，我是使用Excel公式化的方法進行工況建立，盡管減少了很多的工作量，但是在操作過程中依然需要進行多次的復制粘貼，有時還會出現單個載荷數據項位數超過8位（超過nastran標準字符串長度，需要使用長格式），還是相當的繁瑣。
在接觸python之后，覺得可以通過xlrd插件對Excel文件進行讀取，然后自動創建可以使用的bdf文件。由于bdf文件對格式的規范性要求較高，并且這不是基于任何前處理軟件的二次開發，所以在軟件操作過程中必須規避不符合8字節要求的可能性。所以在載荷設置的時候我采用的方式是：
$TYPE***ID******GRID****CID*****F*******N1******N2******N3******
FORCE 1021 100000210 1000.0 -0.30252-0.09755-0.41106
通過F： Scale factor. (Real)項，將N1N2N3縮小1000倍而整體作用力不變的方式進行規避超過8字符的可能性。這種情況通常出現在扭矩中，很可能出現扭矩值為-1033560.，如果N1填入-1033560，則會提示‘nastran要求N1是float’，如果填入-1033560.，就會超過8字節要求。
于此同時我還制作了用于ABAQUS線性攝動分析的插件，用于批量設置工況。但是由于我接觸ABAQUS時間尚短，還沒有使用這個插件做過項目，所以決定使用過后再放出。
展開 金屬韌性損傷材料失效模型應用實例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
在常溫狀態下，大多數工程金屬具有較高的韌性，這種情況下，材料的失效分析通常會使用韌性損傷漸進失效模型。
如下圖所示，該模型完整的定義了材料的彈性階段、塑性階段、損傷起始與損傷演化。材料承載經歷彈塑性階段后達到損傷起始點a，繼續承載，損傷后的材料剛度折減，出現軟化，直到損傷參數D=1時，材料剛度退化為0，單元刪除。
韌性材料損傷漸進失效模型
工程案例：
鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費部分為鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開 設計仿真 | CAEfatigue中多通道振動疲勞分析復雜載荷的處理
CAEFatigue的TIME2PSD模塊提供了一個創建PSD矩陣的自動化工具，可以自動生成PSD矩陣文件，在后續疲勞分析中直接調用。需要注意的是，前期有限元頻響分析需要與多通道PSD矩陣對應上，即一個頻響分析中的工況數量與轉換后的PSD數量要保持一致。
綜上所述，完整的分析過程如下:
首先識別、跟蹤和管理從信號轉換到頻域PSD的時間信號和PSD分量。
直觀地檢查原始時間信號，看看是否滿足三大假設。圖9中信號是由頻率內容隨時間變化不顯著的數據組成的，因此滿足平穩假設，信號分布的平均值看起來遵循一個正態分布，因此信號滿足高斯分布。最后，每個信號包含多個頻率，使信號變得隨機且有不確定性。這些信號符合上面討論的三個關鍵假設。
圖9：時域信號
在滿足了關鍵假設后，我們現在使用AutoD的自動化參數(CAEFatigue快速參考指南)來分析信號中的強度級別，并根據用戶指定的參數，刪除信號中沒有破壞性影響的部分。這個動作將使整個事件的持續時間縮短，但它保留了每個時間信號的破壞性成分。這種類型的“信號調節”最準確地反映了真實測試中發生的情況。
轉換過程的最后一步是使用AutoT (CAEFatigue快速參考指南)的自動化參數，根據用戶指定的參數自動確定最佳FFT緩沖長度窗口。這一動作將產生疲勞分析所需的自PSD譜和交叉PSD譜。
圖10是一個由三部分組成的圖像，它總結了單個事件的轉換過程。上面的圖像(1)顯示了未經調節的原始時間信號。中間的圖像(2)顯示了使用AutoD過程去除時間信號中不需要部分后的時間信號。下圖(3)顯示了轉換時間信號的自psd結果。
展開 ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計
ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計算
1 概述
疲勞是指結構在低于靜態極限強度載荷的重復載荷作用下，出現斷裂破壞的現象。絕大多數的結構都存在疲勞的問題，比如一臺定時開啟運行的設備，比如橋梁，除了載荷導致的疲勞破壞，還有溫度或者其他場載荷都能導致疲勞的產生。關系到疲勞強度的主要因素使應力幅值、循環次數、平均應力等。
疲勞的危害是導致結構在未超過許用強度的狀態下發生破壞，例如一根能夠承受 300 KN 拉力作用的鋼桿，在 200 KN 循環載荷作用下，經歷 1,000,000 次循環后亦會破壞。
2 關鍵詞
事件：每種結構經歷的循環過程可能不一樣，甚至有的經歷多個事件，事件是指在特定的應力循環中不同時刻的一系列的應力狀態。這么說好像很難理解的樣子。
其實簡單點：舉個例子，一根梁，每隔半個小時施加一個彎矩，讓其彎曲，隔一個小時施加一個拉力，讓其受拉。很明顯這里有兩個循環事件，這兩個事件導致的循環過程不一樣。
載荷：載荷是時間的一部分，每一個事件是有很多個載荷來完成的。
應力幅：兩個載荷之間的應力狀態之差，如圖1，上下應力峰值之差即應力幅值。
圖1 應力循環
位置：即需要計算疲勞強度的結構位置。
3 建模求解
這部分內容根據結構實際狀態，建立模型，設定載荷步，加載計算。
本次還是以一個小例子，具體求解過程不再贅述。
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。
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 CAEfatigue中多通道振動疲勞分析復雜載荷的處理
背景
與傳統的高周、低周疲勞不同，振動疲勞因更貼合真實的物理世界近些年來在疲勞領域應用廣泛。而在振動疲勞分析中，環境時域載荷激勵往往是非常復雜的，為了提升計算速度，一般先將基于時間的載荷數據轉換為頻域PSD譜。比如，車輛在進行振動疲勞測試時，一般提取四個車輪中心處的載荷，如圖1所示，然后通過多體動力學軟件ADAMS構建整個車身模型獲取車身關鍵點的載荷，或者更復雜一點通過ADAMS軟件搭建測試路面、整車模型提取目標點的載荷，如圖2所示。在這兩種汽車行駛模擬中，白車身上的級聯負載都是在時域內的，通常以多通道時間信號的形式出現，而多通道信號之間的相關性對后續隨機響應和振動疲勞結果起著至關重要的作用。
圖1：車輛振動疲勞測試
圖2：ADAMS模擬路試載荷
在將采集到的時間數據轉換成頻域PSD這個過程中，一般采用傅立葉級數變換。然而，在執行此轉換過程時，往往都會面臨以下三個問題。
a)首先，頻域疲勞計算方法本身需要遵循一些假設，被處理的數據必須是穩態的、滿足高斯分布、隨機的，用戶很難量化這些假設。
b)其次，傅立葉變換必須設置幾個變量，如FFT（快速傅里葉變換）窗口形狀、FFT窗口長度等，設置這些變量需要一些先前的經驗，此外通常還需要為每個事件逐個設置變量，這顯然超出了一般用戶的分析能力。
c)第三，如何考慮多通道激勵中不同時域信號之間的相關性以及通道信號到模型的映射，這代表了一個重要的數據管理和重復使用性問題。
最近的技術突破已經解決了大部分問題，使得時域載荷的轉換過程對用戶而言變得相對簡單。解決方案的第一部分涉及在傅里葉變換之前的“負載調節”的復雜過程。第二部分涉及到FFT窗口長度的自動選擇。
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