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：
=constant
σ
1/σ2
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\Engineerin gData\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.