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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。
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。
- /prep7
- et,1,plane42
- MPTEMP,1,0
- mpdata,ex,1,,2e8
- mpdata,prxy,1,,0.3
- rectng,0,200,0,100,
- cyl4,100,50,25
- asba,1,2
- smrtsize,3
- amesh,all
- finish
- /solv
- nsel,s,loc,x,0
- d,all,,,,,,ux
- d,1,,,,,,uy
- sfl,2,pres,0,31
- allsel,all
- solve
- 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。
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
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
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
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)
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
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。
图8 应力结果
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
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