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[结构分析] ANSYS的疲劳分析-基于S-N曲线的疲劳计算

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发表于 2016-10-8 15:37 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  1 概述
  疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下,出现断裂破坏的现象。绝大多数的结构都存在疲劳的问题,比如一台定时开启运行的设备,比如桥梁,除了载荷导致的疲劳破坏,还有温度或者其他场载荷都能导致疲劳的产生。关系到疲劳强度的主要因素使应力幅值、循环次数、平均应力等。
  疲劳的危害是导致结构在未超过许用强度的状态下发生破坏,例如一根能够承受 300 KN 拉力作用的钢杆,在 200 KN 循环载荷作用下,经历 1,000,000 次循环后亦会破坏。

  2 关键词
  事件:每种结构经历的循环过程可能不一样,甚至有的经历多个事件,事件是指在特定的应力循环中不同时刻的一系列的应力状态。这么说好像很难理解的样子。
  其实简单点:举个例子,一根梁,每隔半个小时施加一个弯矩,让其弯曲,隔一个小时施加一个拉力,让其受拉。很明显这里有两个循环事件,这两个事件导致的循环过程不一样。
  载荷:载荷是时间的一部分,每一个事件是有很多个载荷来完成的。
  应力幅:两个载荷之间的应力状态之差,如图1,上下应力峰值之差即应力幅值。
13.jpeg
  图1 应力循环

  位置:即需要计算疲劳强度的结构位置。

  3 建模求解
  这部分内容根据结构实际状态,建立模型,设定载荷步,加载计算。

  本次还是以一个小例子,具体求解过程不再赘述。
  1.   /prep7

  2.   et,1,plane42

  3.   MPTEMP,1,0

  4.   mpdata,ex,1,,2e8

  5.   mpdata,prxy,1,,0.3

  6.   rectng,0,200,0,100,

  7.   cyl4,100,50,25

  8.   asba,1,2

  9.   smrtsize,3

  10.   amesh,all

  11.   finish

  12.   /solv

  13.   nsel,s,loc,x,0

  14.   d,all,,,,,,ux

  15.   d,1,,,,,,uy

  16.   sfl,2,pres,0,31

  17.   allsel,all

  18.   solve

  19.   finish
复制代码

  4 S-N曲线
  疲劳分析是在计算结果之上进行再次计算,其实这个过程也可以人为计算而不需要在软件里面实现。直接查询校核点的应力,算出应力幅值,再根据材料的S-N曲线,插值即可得到需用的循环次数,通过与实际循环次数对比,便能计算疲劳使用系数,也即累计损伤系数。
  本次通过软件,通过赋予材料S-N疲劳属性,指定各种参数,直接得出累计损伤系数。
  ANSYS在定义这些参数的过程中,有几个关键命令:FP,FL,FS,FSNODE,FE,FTCALC。

  查询ANSYS帮助文档,如下。
14.webp.jpg
  图2 FP

  根据疲劳曲线输入S-N数据
  STITM: ANSYS可以定义62个,取值1~20为循环次数,21~40为对应的应力幅度,41~50为温度,51~60为平均应力,61和62为弹塑性材料参数。

  C1~C6:每次可以定义6个值

15.webp.jpg
  图3 FL

  定义疲劳分析参数
  NLOC:参考系数,自己定义,从1开始就行
  NODE:节点号
  SCFX,SCFY,SCFZ:集中系数

  TITLE:标题
16.webp.jpg
  图4 FSNODE

  计算并存储疲劳分析节点的各应力分量
  NODE:节点号
  NEV:事件代号

  NLOD:载荷代号
17.webp.jpg
  图5 FS

  储存节点应力
  NODE:节点号
  NEV:事件代号
  NLOD:载荷代号

  STITM:太长不解释,如图4。(很明显,可以通过这个命令修改应力)
18.webp.jpg
  图6FE

  设定事件循环次数及载荷比例系数
  NEV:不解释
  CYCLE:循环次数
  FACT:比例系数

  TITLE:不解释
19.webp.jpg
  图7 FTCALC

  进行疲劳评定
  本次例子中S-N曲线定义如下:
  /post1
  plnsol,s,eqv,0,1
  FP,1,100,200,500,1e3,1500,2e3
  FP,7,1e4,1e5,1e6,2e6,3e6,5e6
  FP,13,6e6,7e6,8e6,9e6,10e6,11e6
  FP,19,12e6,15e6
  FP,21,150,120,110,100,95,90
  FP,27,85,80,75,70,65,60
  FP,33,55,50,45,40,35,30
  FP,39,29,25
  定义40个循环次数对应的应力幅度。

  5 评定
  提取需要评定的节点号
  *set,n_num,node(100,75,0)
  fl,1,n_num
  fsnode,n_num,1,1,
  fs,n_num,1,2,1,
  fe,1,10000,2,evel
  ftcalc,1

  分别定义以上参数。
20.webp .jpg
  图8 应力结果

21.webp.jpg
  图9 疲劳评定结果

  疲劳评定结果如图8,最终使用系数为0.38045,小于1,所以疲劳强度合格。

  说明:这个例子的事件只有一个,载荷很简单,工况很简单,没用用到工况的相减运算,仅是示例,当遇到复杂问题时,还有各种细节需要注意,但终归属于那几个命令。


转自:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz= ... 1Iu0ul90cejgHlxl#rd

14.webp.jpg

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发表于 2016-10-9 09:10 | 显示全部楼层
由浅入深 不错的例子  值得学习
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