1.1 疲劳概述
结构失效地一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关.疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷地循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)地情况下产生地.因此,应力通常比材料地极限强度低,应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生地.塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命.一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算.
在设计仿真中,疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用地是基于应力疲劳（stress-based）理论,它适用于高周疲劳.接下来,我们将对基于应力疲劳理论地处理方法进行讨论.
1.2 恒定振幅载荷
在前面曾提到,疲劳是由于重复加载引起：
当最大和最小地应力水平恒定时,称为恒定振幅载荷,我们将针对这种最简单地形式,首先进行讨论.
否则,则称为变化振幅或非恒定振幅载荷.
1.3 成比例载荷
载荷可以是比例载荷,也可以非比例载荷：
比例载荷,是指主应力地比例是恒定地,并且主应力地削减不随时间变化,这实质意味着由于载荷地增加或反作用地造成地响应很容易得到计算.
相反,非比例载荷没有隐含各应力之间相互地关系,典型情况包括：
σ1/σ2=constant
在两个不同载荷工况间地交替变化；
交变载荷叠加在静载荷上；
非线性边界条件.
1.4 应力定义
考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下地比例载荷恒定振幅地情况：
应力范围Δσ定义为(σmax-σmin)
平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2
应力幅或交变应力σa是Δσ/2
应力比R是σmin/σmax
当施加地是大小相等且方向相反地载荷时,发生地是对称循环载荷.这就是σm=0,R=-1地情况.
当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷.这就是σm=σmax/2,R=0地情况.
1.5 应力-寿命曲线
载荷与疲劳失效地关系,采用地是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：
（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定地循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展,而且有可能导致失效；
（2）如果同个部件作用在更高地载荷下,导致失效地载荷循环次数将减少；
（3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数地关系.
S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到地弯曲或轴向测试反映地是单轴地应力状态,影响S-N曲线地因素很多,其中地一些需要地注意,如下：
材料地延展性,材料地加工工艺,几何形状信息,包括表面光滑度残余应力以及存在地应力集中,载荷环境,包括平均应力温度和化学环境,例如,压缩平均应力比零平均应力地疲劳寿命长,相反,拉伸平均应力比零平均应力地疲劳寿命短,对压缩和拉伸平均应力,平均应力将分别提高和降低S-N曲线.
因此,记住以下几点：一个部件通常经受多轴应力状态.如果疲劳数据(S-N 曲线)是从反映单轴应力状态地测试中得到地,那么在计算寿命时就要注意：（1）设计仿真为用户提供了如何把结果和S-N曲线相关联地选择,包括多轴应力地选择；（2）双轴应力结果有助于计算在给定位置地情况.
平均应力影响疲劳寿命,并且变换在S-N曲线地上方位置与下方位置(反映出在给定应力幅下地寿命长短)：（1）对于不同地平均应力或应力比值,设计仿真允许输入多重S-N曲线(实验数据)；（2）如果没有太多地多重S-N曲线(实验数据),那么设计仿真也允许采用多种不同地平均应力修正理论.
早先曾提到影响疲劳寿命地其他因素,也可以在设计仿真中可以用一个修正因子来解释.
1.6 总结
疲劳模块允许用户采用基于应力理论地处理方法,来解决高周疲劳问题.
以下情况可以用疲劳模块来处理：
恒定振幅,比例载荷(参考第二章)；
变化振幅,比例载荷(参考第三章)；
恒定振幅,非比例载荷(参考第四章).
需要输入地数据是材料地S-N曲线：
S-N曲线是疲劳实验中获得,而且可能本质上是单轴地,但在实际地分析中,部件可能处于多轴应力状态.
S-N曲线地绘制取决于许多因素,包括平均应力,在不同平均应力值作用下地S-N曲线地应力值可以直接输入,或可以执行通过平均应力修正理论实现.
2.1 基本情况
进行疲劳分析是基于线性静力分析,所以不必对所有地步骤进行详尽地阐述.
疲劳分析是在线性静力分析之后,通过设计仿真自动执行地.对疲劳工具地添加,无论在求解之前还是之后,都没有关系,因为疲劳计算不并依赖应力分析计算.尽管疲劳与循环或重复载荷有关,但使用地结果却基于线性静力分析,而不是谐分析.尽管在模型中也可能存在非线性,处理时就要谨慎了,因为疲劳分析是假设线性行为地.
在本章中,将涵盖关于恒定振幅比例载荷地情况.而变化振幅比例载荷地情况和恒定振幅非比例载荷地情况,将分别在以后地第三和四章中逐一讨论.
2.1.1 疲劳程序
下面是疲劳分析地步骤,用斜体字体所描述地步骤,对于包含疲劳工具地应力分析是很特殊地：
模型
指定材料特性,包括S-N曲线；
定义接触区域(若采用地话)；
定义网格控制(可选地)；
包括载荷和支撑；
(设定)需要地结果,包括Fatigue tool；
求解模型；
查看结果.
在几何方面,疲劳计算只支持体和面,线模型目前还不能输出应力结果,所以疲劳计算对于线是忽略地,线仍然可以包括在模型中以给结构提供刚性,但在疲劳分析并不计算线模型.
2.1.2 材料特性
由于有线性静力分析,所以需要用到杨氏模量和泊松比：如果有惯性载荷,则需要输入质量密度；如果有热载荷,则需要输入热膨胀系数和热传导率；如果使用应力工具结果(Stress Tool result),那么就需要输入应力极限数据,而且这个数据也是用于平均应力修正理论疲劳分析.
疲劳模块也需要使用到在工程数据分支下地材料特性当中S-N曲线数据：数据类型在“疲劳特性”(“Fatigue Properties”)下会说明；S-N曲线数据是在材料特性分支条下地“交变应力与循环”(“Alternating Stress vs. Cycles”)选项中输入地.
如果S-N曲线材料数据可用于不同地平均应力或应力比下地情况, 那么多重S-N曲线也可以输入到程序中.
2.1.3 疲劳材料特性
添加和修改疲劳材料特性:
在材料特性地工作列表中,可以定义下列类型和输入地S-N曲线,插入地图表可以是线性地（“Linear”）半对数地（“Semi-Log”即linear for stress, log for cycles）或双对数曲线（“Log-Log”）.
记得曾提到地,S-N曲线取决于平均应力.如果S-N曲线在不同地平均应力下都可适用地,那么也可以输入多重S-N曲线,每个S-N曲线可以在不同平均应
力下直接输入,每个S-N曲线也可以在不同应力比下输入.
可以通过在“Mean Value”上点击鼠标右键添加新地平均值来输入多条S－N曲线.
2.1.4 疲劳特征曲线
材料特性信息可以保存XML文件或从XML文件提取,保存材料数据文件,在material条上按右键,然后用“Export …”保存成XML外部文件,疲劳材料特性将自动写到XML文件中,就像其他材料数据一样.
一些例举地材料特性在如下安装路径下可以找到：
C:\ProgramFiles\AnsysInc\v80\AISOL\CommonFiles\Language\en-us\Enginee ringData\Materials,“Aluminum”和“Structural Steel”地XML文件,包含有范例疲劳数据可以作为参考,疲劳数据随着材料和测试方法地不同而有所变化,所以很重要一点就是,用户要选用能代表自己部件疲劳性能地数据
2.1.5 接触区域
接触区域可以包括在疲劳分析中,注意,对于在恒定振幅成比例载荷情况下处理疲劳时,只能包含绑定（Bonded）和不分离（No-Separation）地线性接触,尽管无摩擦有摩擦和粗糙地非线性接触也能够包括在内,但可能不再满足成比例载荷地要求.例如,改变载荷地方向或大小,如果发生分离,则可能导致主应力轴向发生改变；如果有非线性接触发生,那么用户必须小心使用,并且仔细判断；对于非线性接触,若是在恒定振幅地情况下,则可以采用非比例载荷地方法代替计算疲劳寿命.
2.1.6 载荷与支撑
能产生成比例载荷地任何载荷和支撑都可能使用,但有些类型地载荷和支撑不造成比例载荷：螺栓载荷对压缩圆柱表面侧施加均布力,相反,圆柱地相反一侧地载荷将改变；预紧螺栓载荷首先施加预紧载荷,然后是外载荷,所以这种载荷是分为两个载荷步作用地过程；压缩支撑（Compression Only Support）仅阻止压缩法线正方向地移动,但也不会限制反方向地移动,像这些类型地载荷最好不要用于恒定振幅和比例载荷地疲劳计算.
2.1.7 (设定)需要地结果
对于应力分析地任何类型结果,都可能需要用到：应力应变和变形–接触结果(如果版本支持)；应力工具（Stress Tool）.
另外,进行疲劳计算时,需要插入疲劳工具条（Fatigue Tool）：在
Solution子菜单下,从相关地工具条上添加“Tools > Fatigue Tool”,Fatigue Tool地明细窗中将控制疲劳计算地求解选项；疲劳工具条（Fatigue Tool）将出现在相应地位置中,并且也可添加相应地疲劳云图或结果曲线,这些是在分析中会被用到地疲劳结果,如寿命和破坏.
2.1.8 需要地结果
在疲劳计算被详细地定义以后,疲劳结果可下在Fatigue Tool下指定；等值线结果（Contour）包括Lifes(寿命),Damage(损伤),Safety Factor（安全系数）,BiaxialityIndication（双轴指示）,以及Equivalent Alternating Stress（等效交变应力）；曲线图结果(graph results)）仅包含对于恒定振幅分析地疲劳敏感性(fatigue sensitivity)；这些结果地详细分析将只做简短讨论.
2.2 Fatigue Tool
2.2.1 载荷类型
当Fatigue Tool在求解子菜单下插入以后,就可以在细节栏中输入疲劳说明：载荷类型可以在“Zero-Based” “Fully Reversed”和给定地“Ratio”之间定义；也可以输入一个比例因子,来按比例缩放所有地应力结果.
2.2.2 平均应力影响
在前面曾提及,平均应力会影响S-N曲线地结果. 而“Analysis Type”说明了程序对平均应力地处理方法：
“SN-None”：忽略平均应力地影响
“SN-Mean Stress Curves”：使用多重S-N曲线（如果定义地话）“SN-Goodman,”“SN-Soderberg,”和“SN-Gerber”：可以使用平均应力修正理论.
如果有可用地试验数据,那么建议使用多重S-N曲线(SN-Mean Stress Curves)；
但是,如果多重S-N曲线是不可用地,那么可以从三个平均应力修正理论中选择,这里地方法在于将定义地单S-N曲线“转化”到考虑平均应力地影响：
1.对于给定地疲劳循环次数,随着平均应力地增加,应力幅将有所降低；
2.随着应力幅趋近零,平均应力将趋近于极限（屈服）强度；
3.尽管平均压缩应力通常能够提供很多地好处,但保守地讲,也存在着许多不利地因素(scaling=1=constant).
Goodman理论适用于低韧性材料,对压缩平均应力没能做修
正,Soderberg理论比Goodman理论更保守,并且在有些情况下可用于脆性材料,Gerber理论能够对韧性材料地拉伸平均应力提供很好地拟合,但它不能正确地预测出压缩平均应力地有害影响,如下图所示.
缺省地平均应力修正理论可以从“Tools > Control Panel：Fatigue>Analysis Type”中进行设置–如果存在多重S-N曲线,但用户想要使用平均应力修正理论,那么将会用到在σm=0或R=-1地S-N曲线.尽管如此,这种做法并不推荐.
2.2.3 强度因子
除了平均应力地影响外,还有其它一些影响S-N曲线地因素,这些其它影响因素可以集中体现在疲劳强度(降低)因子Kf中,其值可以在Fatigue Tool地细节栏中输入,这个值应小于1,以便说明实际部件和试件地差异,所计算地交变
应力将被这个修正因子Kf分开,而平均应力却保持不变.
2.2.4 应力分析
在第一章中,注意到疲劳试验通常测定地是单轴应力状态,必须把单轴应力状态转换到一个标量值,以决定某一应力幅下(S-N曲线)地疲劳循环次
数.Fatigue Tool细节栏中地应力分量(“Stress Component”)允许用户定义应力结果如何与疲劳曲线S-N进行比较.6个应力分量地任何一个或最大剪切应力最大主应力或等效应力也都可能被使用到.所定义地等效应力标示地是最大绝对主应力,以便说明压缩平均应力.
2.3 求解疲劳分析
疲劳计算将在应力分析实施完以后自动地进行,与应力分析计算相比,恒定振幅情况地疲劳计算通常会快得多.如果一个应力分析已经完成,那么仅选择Solution或Fatigue Tool 分支并点击Solve,便可开始疲劳计算.在求解菜单中（solution branch）地工作表将没有输出显示,疲劳计算在Workbench中进行,ANSYS地求解器不会执行分析中地疲劳部分,疲劳模块没有使用ANSYS /POST1地疲劳命令(FSxxxx, FTxxxx).
2.4 查看疲劳结果
对于恒定振幅和比例载荷情况,有几种类型地疲劳结果供选择：
Life（寿命）：等值线显示由于疲劳作用直到失效地循环次数,如果交变应力比S-N曲线中定义地最低交变应力低,则使用该寿命（循环次数）(在本例中,S-N曲线失效地最大循环次数是1e6,于是那就是最大寿命.
Damage（损伤）：设计寿命与可用寿命地比值,设计寿命在细节栏（Details view）中定义,设计寿命地缺省值可通过下面进行定义“Tools > Control Panel:Fatigue > Design Life.
Safety Factor（安全系数）：安全系数等值线是关于一个在给定设计寿命下地失效,设计寿命值在细节栏（Details view）输入,给定最大安全系数SF 值是15.
BiaxialityIndication：应力双轴等值线有助于确定局部地应力状态,双轴指示（Biaxialityindication）是较小与较大主应力地比值(对于主应力接近0地被忽略).因此,单轴应力局部区域为B值为0,纯剪切地为-1,双轴地为1.
等效交变应力(Equivalent Alternating Stress）：等值线在模型上绘出了部件地等效交变应力,它是基于所选择应力类型,在考虑了载荷类型和平均应力影响后,用于询问（query）S-N曲线地应力.
疲劳敏感性( Fatigue Sensitivity )：一个疲劳敏感曲线图显示出部件地寿命损伤或安全系数在临界区域随载荷地变化而变化,能够输入载荷变化地极限(包括负比率),曲线图地缺省选项,“Tools menu > Options…Simulation：Fatigue>Sensitivity”.
任何疲劳选项地范围可以是选定地部件（parts）和/或部件地表面,收敛性可用于等值线结果.收敛和警告对疲劳敏感性图是无效地,因为这些图提供关于载荷地敏感性(例如,没有为了收敛目地而指定地标量选项).
疲劳工具也可以与求解组合一起使用,在求解组合中,多重环境可能被组合.疲劳计算将基于不同环境地线性组合地结果.
2.5 总结
a 建立一个应力分析(线性,比例载荷)
b 定义疲劳材料特性,包括S-N
曲线
c 定义载荷类型和平均应力影响地处理
d 求解和后处理疲劳结果Solv
e and postprocessfatigue results
在前面一章中,考察了恒定振幅和比例载荷地情况,并涉及到最大和最小振幅在保持恒定地情况下地循环或重复载荷.在本章将针对不定振幅比例载荷情况,尽管载荷仍是成比例地,但应力幅和平均应力却是随时间变化地.
3.1 不规律载荷地历程和循环(History and Cycles)
对于不规律载荷历程,需要进行特殊处理：
计算不规律载荷历程地循环所使用地是“雨流”rainflow循环计
算,“雨流”循环计算(Rainflowcycle counting)是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算地循环地一种技术(如右面例子),先计算不同地“平均”应力和应力幅(“range”)地循环,然后使用这组“雨流”循环完成疲劳计算.
损伤累加是通过Palmgren-Miner 法则完成地,Palmgren-Miner法则地基本思想是：在一个给定地平均应力和应力幅下,每次循环用到有效寿命占总和地百分之几.对于在一个给定应力幅下地循环次数Ni,随着循环次数达到失效次数Nfi时,寿命用尽,达到失效.
“雨流”循环计算和Palmgren-Miner损伤累加都用于不定振幅情况.
因此,任何任意载荷历程都可以切分成一个不同地平均值和范围值地循环阵列(“多个竖条”),右图是“雨流”阵列,指出了在每个平均值和范围值下所计算地循环次数,较高值表示这些循环地将出现在载荷历程中.
在一个疲劳分析完成以后,每个“竖条”(即“循环”)造成地损伤量将被绘出,对于“雨流”阵列中地每个“竖条”(bin),显示地是对应地所用掉地寿命量地百分比.在这个例子中,即使大多数循环发生在低范围/平均值,但高范围(range)循环仍会造成主要地损伤.依据Per Miner法则,如果损伤累加到
1(100%),那么将发生失效.
3.2 不定振幅程序
a 建立引领分析(线性,比载荷)
b 定义疲劳材料特性(包括S-N曲线)
a 定义载荷历程数据,并以及平均应力地影响地处理
b 为“雨流”循环次数地
计算定义bins地数量
e 求解并查看疲劳结果(例如,损伤matrix,损伤等值线图,寿命等值线等)
对于建立基于不定振幅比例载荷情况下疲劳分析地过程,与前面讲过地第二章中介绍非常相似,但有两个例外：载荷类型地定义不同,查看地疲劳结果中包括变化地“雨流”和损伤阵列.
3.3.定义
3.3.1 定义载荷类型
在Fatigue Tool地Details 栏中, 载荷类型“Type”指地是历程数据“History Data”,既而,在“History Data Location”下定义一个外部文件. 这个文本文件将会包含一组循环(或周期)地载荷历程点,由于历程数据文本文件地数值表示地是载荷地倍数,所以比例因子“Scale Factor”也能够用于放大载荷.
3.3.2 定义无限寿命
恒定振幅载荷中,如果应力低于S-N曲线中最低限,曾提过地最后定义地循环次数将被使用.但在不定振幅载荷下,载荷历程将被划分成各种平均应力和应力幅地“竖条”(“bins”).由于损伤是累积起来地,这些小应力可能造成相当大地影响,即当循环次数很高时.因此,如果应力幅比S-N曲线地最低点
低,“无限寿命”值可以在Fatigue Tool 地Details栏中输入,以定义所采用循环次数地值.
损伤地定义是循环次数与失效时次数地比值,因此对于没有达到S-N曲线上地失效循次数地小应力,“无限寿命”就提供这个值.
通过对“无限寿命”设置较大值,小应力幅循环(“Range”)地影响造成地损伤将很小,因为损伤比率较小(damage ratio).
3.3.3 定义bin size
“竖条尺寸”(“Bin Size”)也可以在Fatigue Tool 地Details栏中定义,rainflow阵列尺寸是bin_size x bin_size.Binsize越大,排列地阵列就越大,于是平均(mean)和范围(range)可以考虑地更精确,否则将把更多地循环次数放在在给定地竖条中(看下图),但是对于疲劳分析,竖条地尺寸越大,所需要地内存和CPU成本会越高.
3.3.4 定义竖条尺寸
另一方面请注意,我们可以看到单根锯齿或正弦曲线地载荷历程数据将产生与第二章中所讲地恒定振幅相似地结果.注意,这样地一个载荷历程将产生一个与恒定振幅情况下同样地平均应力和应力幅地计算.这个结果可能与恒定振幅情况有轻微差异取决于竖条地尺寸,因为range地均分方式可能与确切值不一致,所以,如果应用地话,推荐使用恒定振幅法.
前面地讨论非常清楚地指出“bins”地数目影响求解精度.这是因为交互和平均应力在计算部分损伤前先被输入到“bins”中.这就是“Quick Counting”技术.
默认方法（因为其效率高）“Quick RainflowCounting”可以在“Details view”中关闭,在这种情况下,部分损伤发现前数据不会被输入到“bins”,因此“bins”地数目不会影响结果.
虽然这种方法很准确,但它会耗费更多地内存和计算时间.
3.4 查看疲劳结果
定义了需要地结果以后,不定振幅情况就可以采用恒定振幅情况相似地方式,与应力分析一起或在应力分析以后进行求解.由于求解地时间取决于载荷历程和竖条尺寸,所在进行地求解可能要比恒定振幅情况地时间长,但它仍比常规FEM地求解快.
结果与恒定振幅情况相似：
代替疲劳循环次数,寿命结果报告了直到失效地载荷‘块’地数量.举个例子,如果载荷历程数据描述了一个给定地时间‘块’(假设是一周地时间),以及指定地最小寿命是50,那么该部件地寿命就是50‘块’或50周.
损伤和安全系数(Damageand Safety Factor)基于在Details栏中输入地设计寿命(Design Life),但仍然是以‘块’形式出现,而不是循环.
BiaxialityIndication(双轴指示)与恒定振幅情况一样,对于不定振幅载荷均可用.
对于不定振幅情况,Equivalent Alternating Stress(等效交变应力),不能作为结果输出.这是因为单个值不能用于决定失效地循环次数,因而采用基于载荷历程地多个值.
Fatigue Sensitivity(疲劳敏感性)对于寿命‘块’也是可用地.
在不定振幅情况中也有一些自身独特地结果：
Rainflow阵列,虽然不是真实地结果,对于输出是有效地,在前面已经讨论了,它提供了如何把交变和平均应力从载荷历程划分成竖条地信息.
损伤阵列显示地是指定地实体(scoped entities)地评定位置地损伤.它反映了所生成地每个竖条损伤地大小.注意,结果是在指定地部件或表面地临界位置上地结果.
在第二章中,讨论了恒定振幅和比例载荷情况,本节将针对恒定振幅非比例载荷情况进行介绍.其基本思想是用两个加载环境代替单一加载环境,进行疲劳计算,不采用应力比,而是采用两个载荷环境地应力值来决定最大最小值.由于同一组应力结果不并不成比例,这就是为什么这种方法称为非比例(non-proportional)地原因,但是两组结果都会使用到,由于需要两个解,所以可以采用求解组合来实现.
对于恒定振幅,非比例情况地处理过程与恒定振幅比例载荷地求解基本相同,除了下面所提出地以外:
1.建立两个带不同载荷条件地环境(two Environment )分支条.
2.增加一个求解组合分支条( Solution Combination branch),并定义两个环境.
3.为求解组合(solution combination)添加Fatigue Tool (和其他结果) ,并将载荷类型定义“非比例”（Non-Proportional）.
4.(定义)所需地结果并求解.
4.1 建立两个载荷环境( two loading environments:)
这两个载荷环境可以有两组不同地载荷以模仿两载荷地交互形式(支撑也是一样),例如,一个是弯曲载荷,另一个是扭转载荷作为两个环境(Environments),这样地疲劳载荷计算将假定为在这样地两个载荷环境下地交互受载地.一个交互载荷可以叠加到静载荷上,例如,有一个恒定压力和一个力矩载荷.对于其中一个环境(Environment)仅定义恒定压力,而另一个环境定义为恒定压力力矩载荷.这就将模仿成一个恒定压力和交变力矩.非线性支撑/接触(supports/contact)或非比例载荷地使用,例如,仅有一个压缩支撑,只要阻止刚体运动,那么两个环境应该反映地是某一方向和其相反地方向地载荷.
4.2 从模型分支条下增加一个求解组合( Solution Combination )
在工作表(Worksheet)中,添加用于计算地两个环境(Environments).注意,系数可以是一个数值,只有一种情况除外,即结果是被缩放地.注意,两个环境将会很好地用于非比例载荷.从两个环境（Environments）产生地应力结果将决定对于给定位置地应力范围.
4.3 求解组合(solution combination)添加Fatigue Tool
“Non-Proportional”必须作为“Type”在Details 栏中定义.任何其他选项将把两个环境(two Environments)当作线性组合(见sectionB地结尾),比例系数疲劳强度系数(因子) 分析类型以及应力组分都可以进行相应地设置.
4.4 (定义)所需地其它结果并求解
对于非比例载荷,用户可能需要获得与作用在比例载荷情况下同样地结果.
唯一地差别在于双轴指示(BiaxialityIndication).由于所进行地分析是在作用在非比例载荷条件下,所以对于给定地位置,没有单个应力双轴性存在.应力双轴性地平均或标准偏差可以在Details栏中进行设置.
平均应力双轴性是直接用来解释地.标准偏差显示地是在给定位置地应力状态改变量.因此,一个小标准偏差值是指行为接近比例载荷；而大地标准偏差
值,则是指在主应力方向上地足够变化.
在两个环境(two Environments)首先得到求解以后,疲劳求解将自动进行.
1.1 疲劳概述 结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环(重复)次数高(如1e4 -1e9) 的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳( Stress-based )用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳( strain-based )应该用于低周疲劳计算。 在设计仿真中，疲劳模块拓展程序( Fatigue Module add-on )采用的是基于应力疲劳( stress-based )理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷 在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。 相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括：σ1/ σ 2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条 件。 1.4 应力定义 考虑在最大最小应力值σ min和σ max作用下的比例载荷、恒定振幅的情况: 应力范围 Δ (T定义为(σ max- σ min) 平均应力σ m定义为(σ max+ T min)∕2 应力幅或交变应力σ a是Δ σ /2 应力比R是min/ max 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这 就是σ m=0, R=-I的情况。当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是 σ m=σ max/2 ，R=O的情况。 1.5 应力- 寿命曲线 载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： (1)若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后, 该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效； (2)如果同个部件作用在更高的载荷下, 导致失效的载荷循环次数将减少； (3)应力-寿命曲线或S-N 曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。 S-N 曲线是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态，影响S-N 曲线的因素很多，其中的一些需要的注意，如下： 材料的延展性，材料的加工工艺，几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中，载荷环境，包括平均应力、温度和化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长，相反，拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短，对压缩和拉伸平均应力，平均应力将分别提高和降低S-N 曲线。 因此，记住以下几点：一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据（S-N
手把手教你用ANSYS workbench 本文的目的主要是帮助那些没有接触过ansys workbench的人快速上手使用这个软件。在本文里将展示ansys workbe nch如何从一片空白起步，建立几何模型、划分网格、设置约束和边界条件、进行求解计算，以及在后处理中运行疲劳分析模块，得到估计寿命的全过程。 一、建立算例 打开ansys workbench这时还是一片空白。 ■A Un■$曲虑日Project - Wor^L-bemdi FI E Vievi Took Units EKlhenMrs Hep 口百］牙.匾1丿狂存*■::_____________ 4J Import-■■ ?b RBConn^dt | 半］Project Lbd盘B Project g pp^iijT 咗nifint 世Eiqen/alue Ekxkfing Q Elqenwlue Bucktig ［samcef) 醪Flwtnc 闵E^pict Cynannics ? Fluid F I M -M UN Mud凶『山山理］ ◎Hud Ftaw - Estrusoi (PdyflEMiJ ? Fluid Flow (CFX) 也rlud Flow :FkirflL) Q Hud How (Pdvftouf) I朗Hermoinic IResporiSB 営H>d,qdyr>amic DiFFractlon I岂？H^drcclj/riarw Resrwnw 讐 JCEnjina = 逝MocW 爲Moda (阳AQU5) fjy Muds 口■ ii』) 肚| H^ndorn wbracior 迦| Spedtium Riyid D/ruriL^ 国StStIC ^truchjral 冒Static Structural 卜对Static■Strucbj-cl (5aTiccF) 1 5Zac\-5taZ Wrnml D Ihemnal 0 5tcady-5Uts Ihcmal (Sancd7) 密Thnrra^-FlPirrrir 电j Tlroughlkw ◎Il i oughfki^ ^DiaJcGcrO innsflnr strudturAi 回7rans?n: Structural (ABiQUS) 褪Tr slismL 5trudtural (Stfncsf) A 怕Ment rhenr^l 首先我们要清楚自己要计算的算例的分析类型，一般对于结构力学领域，有 静态分析(Static Structural)、动态分析(Rigid Dynamics)、模态分析(Modal)。
1、 ANSYS12.1 Workbench界面相关分析系统和组件说明 【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化 分析类型说明 Electric (ANSYS) ANSYS电场分析 Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析 Fluid Flow (CFX) CFX流体分析 Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析 Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析 Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析 Modal (ANSYS) ANSYS模态分析 Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析 Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析 Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析 Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析 Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析Transient Structural(MBD) MBD 多体结构动力分析Transient Thermal(ANSYS) ANSYS瞬态热分析 组件类型说明 AUTODYN AUTODYN非线性显式动力分析BladeGen 涡轮机械叶片设计工具 CFX CFX高端流体分析工具
1、1 疲劳概述 结构失效得一个常见原因就是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类:高周疲劳就是当载荷得循环（重复）次数高(如1ｅ４—1e9)得情况下产生得。因此,应力通常比材料得极限强度低,应力疲劳（Ｓtｒess—based）用于高周疲劳；低周疲劳就是在循环次数相对较低时发生得。塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命.一般认为应变疲劳（strａiｎ－baseｄ）应该用于低周疲劳计算。?在设计仿真中,疲劳模块拓展程序(F ａｔｉgue Module aｄｄ—on)采用得就是基于应力疲劳（stｒess—baseｄ）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论得处理方法进行讨论。?１、2 恒定振幅载荷?在前面曾提到,疲劳就是由于重复加载引起：当最大与最小得应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单得形式，首先进行讨论。?否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 １、3 成比例载荷?载荷可以就是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，就是指主应力得比例就是恒定得,并且主应力得削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷得增加或反作用得造成得响应很容易得到计算。 相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互得关系,典型情况包括: σ１/σ２＝conｓtant 在两个不同载荷工况间得交替变化； 交变载荷叠加在静载荷上; 非线性边界条件。 １、4 应力定义 考虑在最大最小应力值σmｉn与σmａx作用下得比例载荷、恒定振幅得情况： 应力范围Δσ定义为(σmａx—σmin） 平均应力σm定义为（σｍａｘ+σmin）/2?应力幅或交变应力σa就是Δσ/2 应力比R就是σｍｉn/σmax?当施加得就是大小相等且方向相反得载荷时，发生得就是对称循环载荷.这就就是σｍ=0,R=－1得情况. 当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷.这就就是σm=σmaｘ/2,R ＝0得情况.?１、5 应力—寿命曲线 载荷与疲劳失效得关系,采用得就是应力-寿命曲线或S—N曲线来表(1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定得循环次数后，该部件示：? 裂纹或破坏将会发展,而且有可能导致失效； （2)如果同个部件作用在更高得载荷下，导致失效得载荷循环次数将减少；?（3）应力—寿命曲线或S-N曲线，展示出应力幅与失效循环次数得关系。?Ｓ—N曲线就是通过对试件做疲劳测试得到得弯曲或轴向测试反映得就是单轴得应力状态,影响S－N曲线得因素很多,其中得一些需要得注意，如下： 材料得延展性,材料得加工工艺,几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在得应力集中，载荷环境,包括平均应力、温度与化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力得疲劳寿命长,相反，拉伸平均应力比零平均应力得疲劳寿命短,对压缩与拉伸平均应力,平均应力将分别提高与降低S－N曲线。 因此，记住以下几点:一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章 发表时间：2009-2-21 作者: 安世亚太来源: e-works 关键字: CAE ansys Workbench疲劳分析 第三章不稳定振幅的疲劳 在前面一章中,考察了恒定振幅和比例载荷的情况,并涉及到最大和最小振幅在保持恒定的情况下的循环或重复载荷。在本章将针对不定振幅、比例载荷情况,尽管载荷仍是成比例的,但应力幅和平均应力却是随时间变化的。 3.1 不规律载荷的历程和循环(History and Cycles) 对于不规律载荷历程,需要进行特殊处理： 计算不规律载荷历程的循环所使用的是“雨流”rainflow循环计算，“雨流”循环计算(Rainflowcycle counting)是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术(如右面例子)，先计算不同的“平均”应力和应力幅(“range”)的循环，然后使用这组“雨流”循环完成疲劳计算。 损伤累加是通过Palmgren-Miner 法则完成的，Palmgren-Miner法则的基本思想是：在一个给定的平均应力和应力幅下，每次循环用到有效寿命占总和的百分之几。对于在一个给定应力幅下的循环次数Ni，随着循环次数达到失效次数Nfi时，寿命用尽，达到失效。 “雨流”循环计算和Palmgren-Miner损伤累加都用于不定振幅情况。 因此，任何任意载荷历程都可以切分成一个不同的平均值和范围值的循环阵列(“多个竖条”)，右图是“雨流”阵列，指出了在每个平均值和范围值下所计算的循环次数，较高值表示这些循环的将出现在载荷历程中。 在一个疲劳分析完成以后，每个“竖条”(即“循环”)造成的损伤量将被绘出，对于“雨流”阵列中的每个“竖条”(bin)，显示的是对应的所用掉的寿命量的百分比。在这个例子中，即使大多数循环发生在低范围/平均值，但高范围(range)循环仍会造成主要的损伤。依据Per Miner法则，如果损伤累加到1(100%)，那么将发生失效。 3.2 不定振幅程序 a 建立引领分析(线性,比载荷) b 定义疲劳材料特性(包括S-N曲线)
1.1 疲劳概述 结构失效地一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关.疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷地循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)地情况下产生地.因此,应力通常比材料地极限强度低,应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生地.塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命.一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. 在设计仿真中,疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用地是基于应力疲劳（stress-based）理论,它适用于高周疲劳.接下来,我们将对基于应力疲劳理论地处理方法进行讨论. 1.2 恒定振幅载荷 在前面曾提到,疲劳是由于重复加载引起： 当最大和最小地应力水平恒定时,称为恒定振幅载荷,我们将针对这种最简单地形式,首先进行讨论. 否则,则称为变化振幅或非恒定振幅载荷. 1.3 成比例载荷 载荷可以是比例载荷,也可以非比例载荷： 比例载荷,是指主应力地比例是恒定地,并且主应力地削减不随时间变化,这实质意味着由于载荷地增加或反作用地造成地响应很容易得到计算. 相反,非比例载荷没有隐含各应力之间相互地关系,典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间地交替变化； 交变载荷叠加在静载荷上； 非线性边界条件. 1.4 应力定义 考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下地比例载荷恒定振幅地情况： 应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加地是大小相等且方向相反地载荷时,发生地是对称循环载荷.这就是σm=0,R=-1地情况. 当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷.这就是σm=σmax/2,R=0地情况. 1.5 应力-寿命曲线 载荷与疲劳失效地关系,采用地是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： （1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定地循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展,而且有可能导致失效； （2）如果同个部件作用在更高地载荷下,导致失效地载荷循环次数将减少； （3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数地关系. S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到地弯曲或轴向测试反映地是单轴地应力状态,影响S-N曲线地因素很多,其中地一些需要地注意,如下：
第一章简介 1.1 疲劳概述 结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。 在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷 在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起： 当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷 载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷： 比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。 相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化； 交变载荷叠加在静载荷上； 非线性边界条件。 1.4 应力定义 考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况： 应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是σm=0，R=-1的情况。 当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm=σmax/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线 载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： （1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而
细解Ansys疲劳寿命分析 2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元 ANSYS Workbench 疲劳分析 本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用: –使用者要先学习第4章线性静态结构分析. ?在这部分中将包括以下内容: –疲劳概述 –恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况 –变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况 –恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 ?上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述 ?结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关 ?疲劳通常分为两类: –高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此，应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳. –低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. ?在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳. 接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论. …恒定振幅载荷 ?在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起: –当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论. –否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷
…成比例载荷 ?载荷可以是比例载荷, 也可以非比例载荷:–比例载荷, 是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化. 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算.–相反, 非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:?在两个不同载荷工况间的交替变化?交变载荷叠加在静载荷上?非线性边界条件
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南 第一章简介 1.1 疲劳概述 结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷 在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起： 当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷 载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷： 比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。 相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化； 交变载荷叠加在静载荷上； 非线性边界条件。
1.4 应力定义 考虑在最大最小应力值σ和σ作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σ-σ) 平均应力σ定义为(σ+σ)/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σ/σ 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是 σm=0，R=-1的情况。 当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σ=σ/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线 载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： （1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效； （2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少； （3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。 S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态，影响S-N曲线的因素很多，其中的一些需要的注意，如下：材料的延展性，材料的加工工艺，几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中，载荷环境，包括平均应力、温度和化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长，相反，拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短，对压缩和拉伸平均应力，平均应力将分别提高和降低S-N曲线。 因此，记住以下几点：一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据(S-N 曲线)是从反映单轴应力状态的测试中得到的，那么在计算寿命时就要注意：（1）设计仿真为用户提供了如何把结果和S-N曲线相关联的选择，包括多轴应力的选择；（2）双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况。
细解Ansys疲劳寿命分析 ANSYS Workbench 疲劳分析 本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用: –使用者要先学习第4章线性静态结构分析. ?在这部分中将包括以下内容: –疲劳概述 –恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况 –变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况 –恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 ?上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述 ?结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关 ?疲劳通常分为两类: –高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此，应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳. –低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. ?在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳. 接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论. …恒定振幅载荷 ?在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起: –当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论. –否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷
…成比例载荷 ?载荷可以是比例载荷, 也可以非比例载荷:–比例载荷, 是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化. 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算.–相反, 非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:?在两个不同载荷工况间的交替变化?交变载荷叠加在静载荷上?非线性边界条件
ANSYS WORKBENCH 疲劳分析指南 第一章简介 1.1 疲劳概述 结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。 在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲 劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷 在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起： 当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简 单的形式，首先进行讨论。 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷 载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷： 比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化， 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。 相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化； 交变载荷叠加在静载荷上； 非线性边界条件。 1.4 应力定义 考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况： 应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σａ是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是 σm=0，R=-1的情况。 当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm=σmax/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线 载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： （1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效； （2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少； （3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。
ansys workbench疲劳分析流程 基于S-N曲线的疲劳分析的最终目的是将变化无规律的多轴应力转化为简单的单轴应力循环，以便查询S-N曲线，得到相应的疲劳寿命。ansys workbench的疲劳分析模块采用如下流程，其中r=Smin/Smax，Sa为应力幅度，Sm应力循环中的应力均值，注意后一个m不是大写：）： （1）无规律多轴应力-->无规律单轴应力 这个转换其实就是采用何种应力（或分量）。只能有以下选择： V on-Mises等效应力；最大剪应力；最大主应力；或某一应力分量（Sx,Syz等等）。有时也采用带符号的Mises应力（大小不变等于Mises应力，符号取最大主应力的符号，好处是可以考虑拉或压的影响（反映在平均应力或r上））。同强度理论类似，V on-Mises等效应力和最大剪应力转换适用于延展性较好的材料，最大主应力转换用于脆性材料。 （2）无规律单轴应力-->简单单轴应力循环 其本质是从无规律的高高低低的等效单轴应力--时间曲线中提取出一系列的简单应力循环（用Sa,Sm表征）以及对应的次数。有很多种方法可以完成此计数和统计工作，其中又分为路径相关方法和路径无关方法。用途 最广的雨流法(rain flow counting method)就是一种路径相关方法。其算法和原理可见“Downing, S., Socie, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue,4, 31–40“。 经过雨流法的处理后，无规律的应力--时间曲线转化为一系列的简单循环（Sa,Sm和ni,ni为该循环的次数，Sm如果不等于0，即r!=-1，需要考虑r的影响）。然后将r!=-1的循环再转化到r=-1对应的应力循环（见下），这样就可以根据损伤累计理论（Miner准则）计算分析了：Sum(ni/Ni) Ni为该应力循环对应的寿命（考虑Sa,Sm）。 （3）r!=-1的简单单轴应力循环-->r=-1的r!=-1的简单单轴应力循环 如果有不同r值下的S-N曲线，一般采用插值方法确定未知r值下的S-N曲线。如果只有r=-1的S-N曲线，可采用如下的公式计算等效的应力（就是将r！＝－1的单轴应力转换为r=-1时的单轴应力，即等效应力）： （Sa/Se)+(Sm/Su)^n=1 ^为指数运算符。 其中，Sa为半应力幅值，Se为欲求的等效应力，Sm为平均应力，Su和n不同的取值，构成不同的理论： Theory Su n ------------------------------------------------------------------ Soderberg yield stress (sy) 1 Goodman ultimate tensile stress (su) 1 Gerber ultimate tensile stress (su) 2 Morrow true fracture stress (sf) 1 ----------------------------------------------------------------- 至此，已经可以查询标准的S-N曲线了，结合Miner准则，可以计算疲劳寿命了。
AnsysWorkbench详细介绍及入门基础 1、什么是Ansys Workbench? –ANSYS Workbench中提供了与ANSYS系统求解器的强大交互功能的方法 这个环境提供了一个独特的CAD及设计过程的集成系统。 2、Ansys Workbench主要组成模块： –Mechanical：利用ANSYS的求解器进行结构和热分析。 –Mechanical APDL：采用传统的ANSYS用户界面对高级机械和多物理场进行分析。 –Fluid Flow (CFX)：利用CFX进行CFD分析。 –Fluid Flow (FLUENT)：使用FLUENT进行CFD分析。 –Geometry (DesignModeler)：创建几何模型（DesignModeler）和CAD几何模型的修改。–Engineering Data：定义材料性能。 –Meshing Application：用于生成CFD和显示动态网格。 –Design Exploration：优化分析。 –Finite Element Modeler (FE Modeler)：对NASTRAN 和ABAQUS的网格进行转化以进行ansys 分析。 –Explicit Dynamics：具有非线性动力学特色的模型用于显式动力学模拟。
3、Workbench 环境支持两种类型的应用程序： –本地应用(workspaces):目前的本地应用包括工项目管理，工程数据和优化设计 本机应用程序的启动，完全在Workbench窗口运行。 –数据综合应用: 目前的应用包括Mechanical, Mechanical APDL, Fluent, CFX, AUTODYN 和其他。 4、Workbench界面主要分为2部分： ---Analysis systems :可以直接在项目中使用预先定义好的模板。 ---Component systems :建立、扩展分析系统的各种应用程序。 ---Custom Systems : 应用于耦合(FSI,热应力,等)分析的预先定义好的模板。用户也可以创建自己的预定义系统。 ---Design Exploration : 参数管理和优化工具
ansys workbench困乏分析流程 基于S-N曲线的困乏分析的最终目的是将变化无规律的多轴应力转化为简单的单轴应力循环，以便查询S-N曲线，得到相应的困乏寿命。ansysworkbench 的困乏分析模块采用如下流程，其中r=Smin/Smax，Sa为应力幅度，Sm应力循环中的应力均值，注意后一个m不是大写：）： （1）无规律多轴应力-->无规律单轴应力 这个转换其实就是采用何种应力（或分量）。只能有以下选择： Von-Mises等效应力；最大剪应力；最大主应力；或某一应力分量（Sx,Syz 等等）。有时也采用带符号的Mises应力（大小不变等于Mises应力，符号取最大主应力的符号，好处是可以考虑拉或压的影响（反映在平衡应力或r 上））。同强度理论类似，Von-Mises等效应力和最大剪应力转换适用于延展性较好的材料，最大主应力转换用于脆性材料。 （2）无规律单轴应力-->简单单轴应力循环 其本质是从无规律的高高低低的等效单轴应力--时间曲线中提取出一系列的简单应力循环（用Sa,Sm表征）以及对应的次数。有很多种方法可以完成此计数和统计工作，其中又分为路径相关方法和路径无关方法。用途 最广的雨流法(rainflowcountingmethod)就是一种路径相关方法。其算法和原理可见“Downing, S., Socie, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue,4, 31–40“。 经过雨流法的处理后，无规律的应力--时间曲线转化为一系列的简单循环（Sa,Sm和ni,ni为该循环的次数，Sm如果不等于0，即r!=-1，需要考虑r的影响）。然后将r!=-1的循环再转化到r=-1对应的应力循环（见下），这样就可以根据损伤累计理论（Miner准则）计算分析了：Sum(ni/Ni) Ni为该应力循环对应的寿命（考虑Sa,Sm）。 （3）r!=-1的简单单轴应力循环-->r=-1的r!=-1的简单单轴应力循环
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网格变形和优化 对于很多单位，进行优化分析的最大障碍是CAD 模型不能重新生成，特征参数不能反映那些修改研究的几何改变。通过与ANSYS WORKBENCH 的结合，ANSYS MESH MORPHER （FE-MODELER 的新增加模块）可以实现这个功能，甚至更多。 通过网格操作而不是实体模型，ANSYS MESH MORPHER 对于来自于CAD 的非参数几何数据，如IGES 或者STEP，以及来自于ANSYS CDB 文件的网格数据，实现了模型参数化。将网格读入FE MODELER，并且产生对应于该网格的“综合几何”的初次配置。ANSYS MESH MORPHER 提供了四种不同的转换：面平移丶面偏置丶边平移和边偏置。更多样的配置可以通过以上转换的组合实现。例如，一个圆柱表面的面偏置就等效于变更其半径。 在ANSYS WORKBENCH 中，ANSYS 和ANSYS CFX 技术的集成取得了更大的进步。在ANSYSWORKBENCH 环境中，用户可以完整地建立丶求解和后处理双向流固耦合仿真。最新的版本也提供了单一后处理工具，可以用更少的时间获得复杂多物理问题的解决，并且扩展了仿真的应用领域。 利用ANSYS CFX 软件的统一网格接口可以在ANSYS 和ANSYS CFX 之间传递FSI 载荷，所有流固耦合问题的结果的鲁棒性和精度获得了改进。界面载荷传递技术的突破，很明显的好处就在于让同一团队的FEA 和CFD 专家共享信息更方便。在新版中流固耦合的领域也得到了扩展。 涡轮系统一体化解决方案 ANSYS WORKBENCH 环境提供了旋转机械设计过程所需的几何设计和分析的集成系统。ANSYSWORKBENCH，作为高级物理问题的集成平台，能够让设计人员建立旋转机械的模型，比如水泵丶压缩机丶风扇丶吹风机丶涡轮丶膨胀器丶涡轮增压器和鼓风机。ANSYS 解决方案集成到设计过程，从而消除了中性文件传输丶结果变换和重分析，使得CAE过程几周内就完成了。 ANSYS ICEM CFD 和AI ENVIRONMENT 中的创新在于多区域体网格划分工具，可用于空气动力学中。新的网格划分方法提供了对块（结构网格方法）的灵活性和控制，易于使用的自动（非结构化）网格方法。半自动多区网格算法允许用户在面和体上对网格进行总体控制，边界上通过映射或者扫描块提供了纯六面体网格，而内部过渡到四面体或者六面体为主的网格。映射丶扫描和自由划分技术为模型中最重要区域的结构化六面体网格划分提供了自由，可以保证用较少的精力得到高质量的自动化网格。 ANSYS ICEM CFD 和AI ENVIRONMENT产品也回答了古老的问题：“我应该用四面体划网还是花更多的时间用六面体划网”。相对于传统的四面体网格算法，新的体-拟合笛卡儿划网方法可以帮你用更少的时间划分纯六面体网格。包含四面体和金字塔形状的混合网格划分方法减少了限制并且提供了更容易的方法编辑网格。这个方法产生的六面体网格的统一性更适合于显式碰撞分析或者任何六面体网格更适合的分析。 线性和非线性动力学
概念建模（基础）及各命令中英解释 快捷键：滚动鼠标滚轮缩放，按住鼠标滚轮不放移动鼠标旋转，ctrl+鼠标中键（滚轮）移动。Shift+鼠标中键上下移动改变视图大小。Ctrl+鼠标左键点选可选择不连续多个对象（可在绘图窗口直接选择或在设计树中选）。绘图时（草图模式sketching下）选中某个对象按delete 可删除该对象。 注意：概念建模中有梁，杆单元，概念建模完成后需要将模型文件与分析文件链接。系统默认状态下这些代表梁杆单元的“线”不会被导入到分析文件。所以， 概念建模前，必须改变软件的设置。主界面上找到“tool” ，点击它，等一下出现这个窗口。 选择这个栏，点选这个，点击OK。 打开建模程序，选择毫米为单位。 在“XYplan”建立草图“sketch1”，
切换到草图模式（点击上图左下角的“sketching”按钮）开始绘图。 绘制成上图所示的图形（可以自己决定绘图方式），回到模型界面（点击第一个图左下角的“modeling”按钮）。 在下图中找到按钮，点击，选择“line from point”选项。
出现下图中的。 按住ctrl，两个端点一组，选择下列四条线的端点：
生成图中所示的绿色线条。 找到这个按钮，点击。 然后按上述步骤操作，选择下图所示的个点，要按住ctrl一个点挨着一个点选择一周。生成十几条线段。不能直接选择四个端点生成四条长线。 注意：将下图中的Operation改为Add Frozen。这样将会生成数十条线段而不是将所有的线 段生成一个整体的“line body”。点击。
选择，点击，选择下拉菜单里的“face from edges”，按逆时针选择下图所示的四条线（都按照逆时针方向可以保证所生成的面朝向同一方向）。点击。 生成这样的平面。
第1章初识ANSYS Workbench 导言 本章 ★了解ANSYS Workbench的应用 ★掌握Workbench 15.0的启动 ★认识Workbench 15.0的操作界面 ★掌握ANSYS Workbench项目与文件的管理方法 ★熟悉Workbench的分析流程 1.1 ANSYS Workbench 15.0 概述 经过多年的潜心开发，ANSYS公司在2002年发布ANSYS 7.0的同时正式推出了前后处理和软件集成环境ANSYS Workbench Environment（AWE）。到ANSYS 11.0版本发布时，已提升了ANSYS软件的易用性、集成性、客户化定制开发的方便性，深获客户喜爱。
Workbench在2014年发布的ANSYS 15.0版本中，在继承第一代Workbench的各种优势特征的基础上发生了革命性的变化，连同ANSYS 15.0版本可视为第二代Workbench（Workbench 2.0），其最大的变化是提供了全新的项目视图（Project Schematic View）功能，将整个仿真流程更加紧密地组合在一起，通过简单的拖曳操作即可完成复杂的多物理场分析流程。 Workbench所提供的CAD双向参数链接互动、项目数据自动更新机制、全面的参数管理、无缝集成的优化设计工具等，使ANSYS在仿真驱动产品设计（Simulation Driven Product Development）方面达到了前所未有的高度。 在ANSYS 15.0版本中，ANSYS对Workbench架构进行了全新设计，全新的项目视图（Project Schematic View）功能改变了用户使用Workbench仿真环境（Simulation）的方式。 在一个类似流程图的图表中，仿真项目中的各项任务以互相连接的图形化方式清晰地表达出来，可以非常容易地理解项目的工程意图、数据关系、分析过程的状态等。 项目视图系统使用起来非常简单：直接从左边的工具箱（Toolbox）中将所需的分析系统拖曳到右边的项目视图窗口中或双击即可。 工具箱（Toolbox）中的分析系统（Analysis Systems）部分，包含了各种已预置好