ANSYS疲勞分析的例子

2017-03-17 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

金屬材料在應(yīng)力或應(yīng)變的反復(fù)作用下所發(fā)生的性能變化叫做疲勞

在常溫下工作的結(jié)構(gòu)和機(jī)械的疲勞破壞取決于外載的大小。從微觀上看,疲勞裂紋的萌生都與局部微觀塑性有關(guān),但從宏觀上看,在循環(huán)應(yīng)力水平較低時(shí),彈性應(yīng)變起主導(dǎo)作用,此時(shí)疲勞壽命較長(zhǎng),稱為應(yīng)力疲勞或高周疲勞;在循環(huán)加力水平較高時(shí),塑性應(yīng)變起主導(dǎo)作用,此時(shí)疲勞壽命較短,稱為應(yīng)變疲勞或低周疲勞。

不同的外部載荷造成不同的疲勞破壞形式,由此可以將疲勞分為:機(jī)械疲勞-僅由外加應(yīng)力或應(yīng)變波動(dòng)造成的疲勞失效;蠕變疲勞-循環(huán)載荷同高溫聯(lián)合作用引起的疲勞失效;熱機(jī)械疲勞-循環(huán)載荷和循環(huán)溫度同時(shí)作用引起的疲勞失效;腐蝕疲勞-在存在侵蝕性化學(xué)介質(zhì)或致脆介質(zhì)的環(huán)境中施加循環(huán)載荷引起的疲勞失效;滑動(dòng)接觸疲勞和滾動(dòng)接觸疲勞-載荷的反復(fù)作用與材料間的滑動(dòng)和滾動(dòng)接觸相結(jié)合分別產(chǎn)生的疲勞失效:微動(dòng)疲勞-脈動(dòng)應(yīng)力與表面間的來回相對(duì)運(yùn)動(dòng)和摩擦滑動(dòng)共同作用產(chǎn)生的疲勞失效。機(jī)器和結(jié)構(gòu)部件的失效大多數(shù)是由于發(fā)生上述某一種疲勞過程造成的。

疲勞分析步驟

疲勞計(jì)算通常是在完成靜力分析之后進(jìn)行,主要有幾個(gè)步驟:

1.建立疲勞計(jì)算規(guī)模,定義材料疲勞參數(shù),設(shè)置疲勞計(jì)算參數(shù)

1).定義疲勞計(jì)算參數(shù)

進(jìn)行疲勞計(jì)算的節(jié)點(diǎn)位置可以大于5個(gè),事件可取10個(gè),每一事件可取三種載荷,如果需要,可以選擇較大的規(guī)模。

Main menu—general postptoc—fatigue—size settings

2).定義材料的疲勞性質(zhì)

和疲勞計(jì)算相關(guān)的材料性質(zhì)如下:

S-N曲線:描述交變應(yīng)力強(qiáng)度(SMAX-SMIN)/2和疲勞循環(huán)次數(shù)關(guān)系的曲線。

Main menu—general postptoc—fatigue—S-N table

SM-T曲線:描述設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度和溫度的曲線。如果要考慮名義應(yīng)力范圍是否進(jìn)入塑性,必須計(jì)及該曲線

Main menu—general postptoc—fatigue—SM-Ttable

彈塑性材料應(yīng)變硬化指數(shù)M和N

Main menu—general postptoc—fatigue—elas-plas par

3).定義應(yīng)力集中位置和應(yīng)力集中系數(shù)

Main menu—general postptoc—fatigue—stress locations'

3.儲(chǔ)存應(yīng)力,指定事件循環(huán)次數(shù)和比例因子

1)儲(chǔ)存應(yīng)力

人工儲(chǔ)存應(yīng)力

Main menu—general postptoc—fatigue—store stresses—specified val

從Jobname.rst文件中讀取應(yīng)力

Main menu—general postptoc—fatigue—store stresses—From rst file

橫截面應(yīng)力

Main menu—general postptoc—fatigue—store stresses—at cross sect

2)列表顯示、繪圖顯示或刪除儲(chǔ)存的應(yīng)力P;

列表顯示每一個(gè)位置、每一個(gè)事件、每一個(gè)載荷或每一個(gè)應(yīng)力條件下的儲(chǔ)存應(yīng)力

Main menu—general postptoc—fatigue—store stresses—list stresses

以載荷數(shù)目函數(shù)的形式顯示某一特殊位置和時(shí)間的應(yīng)力情況

Main menu—general postptoc—fatigue—store stresses—Plot stresses

刪除儲(chǔ)存在某一位置、事件和載荷作用下的應(yīng)力情況

Main menu—general postptoc—fatigue—store stresses—Dele stresses

3)指定事件重復(fù)次數(shù)和標(biāo)定系數(shù)

Main menu—general postptoc—fatigue—assign event

4)獲得正確的使用系數(shù)

4.激活疲勞計(jì)算

Main menu—general postptoc—fatigue—calculate fatig

5.查看計(jì)算結(jié)果

Main menu—list—files—other—jobname.out1

/units,si
/title, Fatigue analysis of cylinder with flat head
! ***************參數(shù)設(shè)定***************
Di=1000 ! 筒體內(nèi)徑
t=20 ! 筒體厚度
hc=nint(4*sqrt(Di/2*t)/10)*10 ! 模型中筒體長(zhǎng)度
tp=60 ! 平板封頭厚度
r1=10 ! 平板封頭外測(cè)過渡圓弧半徑
r2=10 ! 平板封頭內(nèi)側(cè)應(yīng)力釋放槽圓弧半徑
exx=2e5 ! 材料彈性模量
mu=0.3 ! 材料泊松比
p1=2 ! 最高工作壓力
p3=2.88 ! 水壓試驗(yàn)壓力
n1=2e4 ! 最高/最低壓力循環(huán)次數(shù)
n2=5 ! 水壓試驗(yàn)次數(shù)
! ***************前處理***************
/prep7
et,1,82 ! 設(shè)定單元類型
keyopt,1,3,1 ! 設(shè)定周對(duì)稱選項(xiàng)
mp,ex,1,exx ! 定義材料彈性模量
mp,nuxy,1,mu ! 定義材料泊松比
! ******* 建立模型 *******
k,1,0,0 ! 定義關(guān)鍵點(diǎn)
k,2,Di/2+t,,
k,3,Di/2+t,-(tp+hc)
k,4,Di/2,-(tp+hc)
k,5,Di/2,-tp
k,6,Di/2-r2,-tp ! 定義應(yīng)力釋放槽圓弧中心關(guān)鍵點(diǎn)
k,7,0,-tp
l,1,2 ! 生成線
l,2,3
l,3,4
l,4,5
l,5,7
l,7,1
LFILLT,1,2,r1 ! 生成外測(cè)過渡圓弧
al,all ! 生成子午面
CYL4, kx(6),ky(6), r2,180 ! 生成應(yīng)力釋放槽面域
ASBA,1,2 ! 面相減
wprot,,,90 ! 旋轉(zhuǎn)工作平面
wpoff,,,kx(6)-3*r2 ! 移動(dòng)工作平面
asbw,all ! 用工作平面切割子午面
wprot,,90 ! 旋轉(zhuǎn)工作平面
wpoff,,,tp+r2 ! 移動(dòng)工作平面
asbw,all ! 用工作平面切割子午面

esize,5 ! 設(shè)定單元尺寸
MSHKEY,1 ! 設(shè)定映射剖分
amesh,1 ! 映射剖分面1
amesh,3 ! 映射剖分面3
esize,2 ! 設(shè)定單元尺寸
MSHKEY,0 ! 設(shè)定自由剖分
amesh,4 ! 自由剖分面4
fini ! 退出前處理
! ***************求解***************
/solu ! 筒體端部施加軸向約束
dl,3,,uy ! 筒體端部施加軸向約束
dl,6,,symm ! 平板封頭對(duì)稱面施加對(duì)稱約束

time,1 ! 載荷步1
lsel,s,,,8 ! 選擇內(nèi)表面各線段
lsel,a,,,11,13
lsel,a,,,15
cm,lcom1,line ! 生成內(nèi)表面線組件
SFL,all,PRES,p1, ! 內(nèi)表面施加內(nèi)壓
alls ! 全選
solve ! 求解
fini ! 退出求解器
! ***************后處理***************
/post1 ! 進(jìn)入后處理
FTSIZE,1,2,2, ! 設(shè)定疲勞評(píng)定的位置數(shù)、事件數(shù)及載荷數(shù)

FP,1,1e1,2e1,5e1,1e2,2e2,5e2 ! 根據(jù)疲勞曲線輸入S-N數(shù)據(jù)
FP,7,1e3,2e3,5e3,1e4,2e4,5e4
FP,13,1e5,2e5,5e5,1e6, ,
FP,19, ,
FP,21,4000,2828,1897,1414,1069,724
FP,27,572,441,331,262,214,159
FP,33,138,114,93.1,86.2, ,
FP,39, ,

! ****** 水壓試驗(yàn)循環(huán) ******
fs,4760,1,1,1,0,0,0,0,0,0 ! 儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)4760對(duì)應(yīng)其第一載荷的應(yīng)力
set,1,last ! 讀入第一載荷步數(shù)據(jù)
FSNODE,4760,1,2 ! 儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)4760對(duì)應(yīng)其第二載荷的應(yīng)力
fe,1,n2,p3/p1 ! 設(shè)定事件循環(huán)次數(shù)及載荷比例系數(shù)
! ****** 最高/最低壓力循環(huán) ******
fs,4760,2,1,1,0,0,0,0,0,0 ! 儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)4760對(duì)應(yīng)其第一載荷的應(yīng)力
set,1,last ! 讀入第一載荷步數(shù)據(jù)
FSNODE,4760,2,2 ! 儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)4760對(duì)應(yīng)其第二載荷的應(yīng)力
FE,2,n1,1, ! 設(shè)定事件循環(huán)次數(shù)及載荷比例系數(shù)
FTCALC,1 ! 進(jìn)行疲勞計(jì)算(并記錄使用系數(shù))
fini