ANSYS疲劳分析的例子

2017-03-17 by:CAE仿真在线来源:互联网

金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳

在常温下工作的结构和机械的疲劳破坏取决于外载的大小。从微观上看,疲劳裂纹的萌生都与局部微观塑性有关,但从宏观上看,在循环应力水平较低时,弹性应变起主导作用,此时疲劳寿命较长,称为应力疲劳或高周疲劳;在循环加力水平较高时,塑性应变起主导作用,此时疲劳寿命较短,称为应变疲劳或低周疲劳。

不同的外部载荷造成不同的疲劳破坏形式,由此可以将疲劳分为:机械疲劳-仅由外加应力或应变波动造成的疲劳失效;蠕变疲劳-循环载荷同高温联合作用引起的疲劳失效;热机械疲劳-循环载荷和循环温度同时作用引起的疲劳失效;腐蚀疲劳-在存在侵蚀性化学介质或致脆介质的环境中施加循环载荷引起的疲劳失效;滑动接触疲劳和滚动接触疲劳-载荷的反复作用与材料间的滑动和滚动接触相结合分别产生的疲劳失效:微动疲劳-脉动应力与表面间的来回相对运动和摩擦滑动共同作用产生的疲劳失效。机器和结构部件的失效大多数是由于发生上述某一种疲劳过程造成的。

疲劳分析步骤

疲劳计算通常是在完成静力分析之后进行,主要有几个步骤:

1.建立疲劳计算规模,定义材料疲劳参数,设置疲劳计算参数

1).定义疲劳计算参数

进行疲劳计算的节点位置可以大于5个,事件可取10个,每一事件可取三种载荷,如果需要,可以选择较大的规模。

Main menu—general postptoc—fatigue—size settings

2).定义材料的疲劳性质

和疲劳计算相关的材料性质如下:

S-N曲线:描述交变应力强度(SMAX-SMIN)/2和疲劳循环次数关系的曲线。

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

SM-T曲线:描述设计应力强度和温度的曲线。如果要考虑名义应力范围是否进入塑性,必须计及该曲线

Main menu—general postptoc—fatigue—SM-Ttable

弹塑性材料应变硬化指数M和N

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

3).定义应力集中位置和应力集中系数

Main menu—general postptoc—fatigue—stress locations'

3.储存应力,指定事件循环次数和比例因子

1)储存应力

人工储存应力

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

从Jobname.rst文件中读取应力

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

横截面应力

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

2)列表显示、绘图显示或删除储存的应力P;

列表显示每一个位置、每一个事件、每一个载荷或每一个应力条件下的储存应力

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

以载荷数目函数的形式显示某一特殊位置和时间的应力情况

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

删除储存在某一位置、事件和载荷作用下的应力情况

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

3)指定事件重复次数和标定系数

Main menu—general postptoc—fatigue—assign event

4)获得正确的使用系数

4.激活疲劳计算

Main menu—general postptoc—fatigue—calculate fatig

5.查看计算结果

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

/units,si
/title, Fatigue analysis of cylinder with flat head
! ***************参数设定***************
Di=1000 ! 筒体内径
t=20 ! 筒体厚度
hc=nint(4*sqrt(Di/2*t)/10)*10 ! 模型中筒体长度
tp=60 ! 平板封头厚度
r1=10 ! 平板封头外测过渡圆弧半径
r2=10 ! 平板封头内侧应力释放槽圆弧半径
exx=2e5 ! 材料弹性模量
mu=0.3 ! 材料泊松比
p1=2 ! 最高工作压力
p3=2.88 ! 水压试验压力
n1=2e4 ! 最高/最低压力循环次数
n2=5 ! 水压试验次数
! ***************前处理***************
/prep7
et,1,82 ! 设定单元类型
keyopt,1,3,1 ! 设定周对称选项
mp,ex,1,exx ! 定义材料弹性模量
mp,nuxy,1,mu ! 定义材料泊松比
! ******* 建立模型 *******
k,1,0,0 ! 定义关键点
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 ! 定义应力释放槽圆弧中心关键点
k,7,0,-tp
l,1,2 ! 生成线
l,2,3
l,3,4
l,4,5
l,5,7
l,7,1
LFILLT,1,2,r1 ! 生成外测过渡圆弧
al,all ! 生成子午面
CYL4, kx(6),ky(6), r2,180 ! 生成应力释放槽面域
ASBA,1,2 ! 面相减
wprot,,,90 ! 旋转工作平面
wpoff,,,kx(6)-3*r2 ! 移动工作平面
asbw,all ! 用工作平面切割子午面
wprot,,90 ! 旋转工作平面
wpoff,,,tp+r2 ! 移动工作平面
asbw,all ! 用工作平面切割子午面

esize,5 ! 设定单元尺寸
MSHKEY,1 ! 设定映射剖分
amesh,1 ! 映射剖分面1
amesh,3 ! 映射剖分面3
esize,2 ! 设定单元尺寸
MSHKEY,0 ! 设定自由剖分
amesh,4 ! 自由剖分面4
fini ! 退出前处理
! ***************求解***************
/solu ! 筒体端部施加轴向约束
dl,3,,uy ! 筒体端部施加轴向约束
dl,6,,symm ! 平板封头对称面施加对称约束

time,1 ! 载荷步1
lsel,s,,,8 ! 选择内表面各线段
lsel,a,,,11,13
lsel,a,,,15
cm,lcom1,line ! 生成内表面线组件
SFL,all,PRES,p1, ! 内表面施加内压
alls ! 全选
solve ! 求解
fini ! 退出求解器
! ***************后处理***************
/post1 ! 进入后处理
FTSIZE,1,2,2, ! 设定疲劳评定的位置数、事件数及载荷数

FP,1,1e1,2e1,5e1,1e2,2e2,5e2 ! 根据疲劳曲线输入S-N数据
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, ,

! ****** 水压试验循环 ******
fs,4760,1,1,1,0,0,0,0,0,0 ! 储存节点4760对应其第一载荷的应力
set,1,last ! 读入第一载荷步数据
FSNODE,4760,1,2 ! 储存节点4760对应其第二载荷的应力
fe,1,n2,p3/p1 ! 设定事件循环次数及载荷比例系数
! ****** 最高/最低压力循环 ******
fs,4760,2,1,1,0,0,0,0,0,0 ! 储存节点4760对应其第一载荷的应力
set,1,last ! 读入第一载荷步数据
FSNODE,4760,2,2 ! 储存节点4760对应其第二载荷的应力
FE,2,n1,1, ! 设定事件循环次数及载荷比例系数
FTCALC,1 ! 进行疲劳计算(并记录使用系数)
fini