利用ANSYS隨機振動分析功能實現(xiàn)隨機疲勞分析

1、利用ANSYS隨機振動分析功能實現(xiàn)隨機疲勞分析    ANSYS隨機振動分析功能可以獲得結構隨機振動響應過程的各種統(tǒng)計參數(shù)（如：均值、均方根和平均頻率等），根據(jù)各種隨機疲勞壽命預測理論就可以成功地預測結構的隨機疲勞壽命。本文介紹了ANSYS隨機振動分析功能，以及利用該功能，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累計損傷定律的三區(qū)間法進行ANSYS隨機疲勞計算的具體過程。 隨機疲勞現(xiàn)象普遍存在    在工程應用中，汽車、飛行器、船舶以及其它各種機械或零部件，大多是在隨機載荷作用下工作，當它們承受的應力水平較高，工作達到一定時間后，經(jīng)常會突

2、然發(fā)生隨機疲勞破壞，往往造成災難性的后果。因此，預測結構或零部件的隨機疲勞壽命是非常有必要的。 2ANSYS隨機振動分析功能介紹 ANSYS隨機振動分析功能十分強大，主要表現(xiàn)在以下方面： 1. 具有位移、速度、加速度、力和壓力等PSD類型； 2. 能夠考慮a阻尼、b阻尼、恒定阻尼比和頻率相關阻尼比； 3. 能夠定義基礎和節(jié)點PSD激勵； 4. 能夠考慮多個PSD激勵之間的相關程度：共譜值、二次譜值、空間關系和波傳播關系等； 5. 能夠得到位移、應力、應變和力的三種結果數(shù)據(jù)： 1s位移解，1s速度解 和1s加速度解； 3利用ANSYS隨機振動分析功能進行疲勞分析的一般原理  

3、 在工程界，疲勞計算廣泛采用名義應力法，即以S-N曲線為依據(jù)進行壽命估算的方法，可以直接得到總壽命。下面圍繞該方法舉例說明ANSYS隨機疲勞分析的一般原理。   當應力歷程是隨機過程時，疲勞計算相對比較復雜。但已經(jīng)有許多種分析方法，這里僅介紹一種比較簡單的方法，即Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累計損傷定律的三區(qū)間法（應力區(qū)間如圖1所示）：  應力區(qū)間  發(fā)生的時間 -1s +1s  68.3%的時間 -2s +2s  27.1%的時間 -3s +3s 4.33%的時間 99.73%    大于

4、3s的應力僅僅發(fā)生在0.27%的時間內(nèi)，假定其不造成任何損傷。在利用Miner定律進行疲勞計算時，將應力處理成上述3個水平，總體損傷的計算公式就可以寫成：其中： ：等于或低于1s水平的實際循環(huán)數(shù)目（0.6831 ）；：等于或低于2s水平的實際循環(huán)數(shù)目（0.271 ）；：等于或低于3s水平的實際循環(huán)數(shù)目（0.0433 ）；, , ：根據(jù)疲勞曲線查得的1s、2s和3s應力水平分別對應許可循環(huán)的次數(shù)。   綜上所述，針對Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累計損傷定律的三區(qū)間法的ANSYS隨機疲勞分析的一般過程是：(1) 計算感興趣的應力分量的統(tǒng)計平均頻率(應力速度/應力)；(2) 基于期望(工作)壽命和統(tǒng)計平均頻率，計算1 ，2 和3 水平下的循環(huán)次數(shù) 、 和 ；(3) 基于S-N曲線查表得到 、 和