ANSYS疲勞分析的例子

2017-03-17 by:CAE仿真在線來源:互聯網

金屬材料在應力或應變的反復作用下所發生的性能變化叫做疲勞

在常溫下工作的結構和機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,但從宏觀上看,在循環應力水平較低時,彈性應變起主導作用,此時疲勞壽命較長,稱為應力疲勞或高周疲勞;在循環加力水平較高時,塑性應變起主導作用,此時疲勞壽命較短,稱為應變疲勞或低周疲勞。

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:機械疲勞-僅由外加應力或應變波動造成的疲勞失效;蠕變疲勞-循環載荷同高溫聯合作用引起的疲勞失效;熱機械疲勞-循環載荷和循環溫度同時作用引起的疲勞失效;腐蝕疲勞-在存在侵蝕性化學介質或致脆介質的環境中施加循環載荷引起的疲勞失效;滑動接觸疲勞和滾動接觸疲勞-載荷的反復作用與材料間的滑動和滾動接觸相結合分別產生的疲勞失效:微動疲勞-脈動應力與表面間的來回相對運動和摩擦滑動共同作用產生的疲勞失效。機器和結構部件的失效大多數是由于發生上述某一種疲勞過程造成的。

疲勞分析步驟

疲勞計算通常是在完成靜力分析之后進行,主要有幾個步驟:

1.建立疲勞計算規模,定義材料疲勞參數,設置疲勞計算參數

1).定義疲勞計算參數

進行疲勞計算的節點位置可以大于5個,事件可取10個,每一事件可取三種載荷,如果需要,可以選擇較大的規模。

Main menu—general postptoc—fatigue—size settings

2).定義材料的疲勞性質

和疲勞計算相關的材料性質如下:

S-N曲線:描述交變應力強度(SMAX-SMIN)/2和疲勞循環次數關系的曲線。

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

SM-T曲線:描述設計應力強度和溫度的曲線。如果要考慮名義應力范圍是否進入塑性,必須計及該曲線

Main menu—general postptoc—fatigue—SM-Ttable

彈塑性材料應變硬化指數M和N

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

3).定義應力集中位置和應力集中系數

Main menu—general postptoc—fatigue—stress locations'

3.儲存應力,指定事件循環次數和比例因子

1)儲存應力

人工儲存應力

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

從Jobname.rst文件中讀取應力

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

橫截面應力

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

2)列表顯示、繪圖顯示或刪除儲存的應力P;

列表顯示每一個位置、每一個事件、每一個載荷或每一個應力條件下的儲存應力

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

以載荷數目函數的形式顯示某一特殊位置和時間的應力情況

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

刪除儲存在某一位置、事件和載荷作用下的應力情況

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

3)指定事件重復次數和標定系數

Main menu—general postptoc—fatigue—assign event

4)獲得正確的使用系數

4.激活疲勞計算

Main menu—general postptoc—fatigue—calculate fatig

5.查看計算結果

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

/units,si
/title, Fatigue analysis of cylinder with flat head
! ***************參數設定***************
Di=1000 ! 筒體內徑
t=20 ! 筒體厚度
hc=nint(4*sqrt(Di/2*t)/10)*10 ! 模型中筒體長度
tp=60 ! 平板封頭厚度
r1=10 ! 平板封頭外測過渡圓弧半徑
r2=10 ! 平板封頭內側應力釋放槽圓弧半徑
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 ! 水壓試驗壓力
n1=2e4 ! 最高/最低壓力循環次數
n2=5 ! 水壓試驗次數
! ***************前處理***************
/prep7
et,1,82 ! 設定單元類型
keyopt,1,3,1 ! 設定周對稱選項
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 ! 定義關鍵點
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 ! 定義應力釋放槽圓弧中心關鍵點
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 ! 生成外測過渡圓弧
al,all ! 生成子午面
CYL4, kx(6),ky(6), r2,180 ! 生成應力釋放槽面域
ASBA,1,2 ! 面相減
wprot,,,90 ! 旋轉工作平面
wpoff,,,kx(6)-3*r2 ! 移動工作平面
asbw,all ! 用工作平面切割子午面
wprot,,90 ! 旋轉工作平面
wpoff,,,tp+r2 ! 移動工作平面
asbw,all ! 用工作平面切割子午面

esize,5 ! 設定單元尺寸
MSHKEY,1 ! 設定映射剖分
amesh,1 ! 映射剖分面1
amesh,3 ! 映射剖分面3
esize,2 ! 設定單元尺寸
MSHKEY,0 ! 設定自由剖分
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 ! 平板封頭對稱面施加對稱約束

time,1 ! 載荷步1
lsel,s,,,8 ! 選擇內表面各線段
lsel,a,,,11,13
lsel,a,,,15
cm,lcom1,line ! 生成內表面線組件
SFL,all,PRES,p1, ! 內表面施加內壓
alls ! 全選
solve ! 求解
fini ! 退出求解器
! ***************后處理***************
/post1 ! 進入后處理
FTSIZE,1,2,2, ! 設定疲勞評定的位置數、事件數及載荷數

FP,1,1e1,2e1,5e1,1e2,2e2,5e2 ! 根據疲勞曲線輸入S-N數據
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, ,

! ****** 水壓試驗循環 ******
fs,4760,1,1,1,0,0,0,0,0,0 ! 儲存節點4760對應其第一載荷的應力
set,1,last ! 讀入第一載荷步數據
FSNODE,4760,1,2 ! 儲存節點4760對應其第二載荷的應力
fe,1,n2,p3/p1 ! 設定事件循環次數及載荷比例系數
! ****** 最高/最低壓力循環 ******
fs,4760,2,1,1,0,0,0,0,0,0 ! 儲存節點4760對應其第一載荷的應力
set,1,last ! 讀入第一載荷步數據
FSNODE,4760,2,2 ! 儲存節點4760對應其第二載荷的應力
FE,2,n1,1, ! 設定事件循環次數及載荷比例系數
FTCALC,1 ! 進行疲勞計算(并記錄使用系數)
fini