ANSYSWORKBENCH疲勞分析指引0001

1、ANSYS WORKBENCH 疲勞分析指南第一章簡(jiǎn)介疲勞概述結(jié)構(gòu)失效的一個(gè)常見原因是疲勞，其造成破壞與重復(fù)加載有關(guān)。疲勞通常分 為兩類：高周疲勞是當(dāng)載荷的循環(huán)(重復(fù))次數(shù)高(如1e4 -1e9珀情況下產(chǎn)生的。 因此，應(yīng)力通常比材料的極限強(qiáng)度低，應(yīng)力疲勞(Stress-based用于高周疲勞； 低周疲勞是在循環(huán)次數(shù)相對(duì)較低時(shí)發(fā)生的。塑性變形常常伴隨低周疲勞，其闡明了短疲勞壽命。一般認(rèn)為應(yīng)變疲勞(strain-based)應(yīng)該用于低周疲勞計(jì)算。在設(shè)計(jì)仿真中，疲勞模塊拓展程序(Fatigue Module add-on)采用的是基于應(yīng) 力疲勞(stress-based理論，它適用于高周疲勞。接下來

2、，我們將對(duì)基于應(yīng)力疲 勞理論的處理方法進(jìn)行討論。恒定振幅載荷在前面曾提到，疲勞是由于重復(fù)加載引起：當(dāng)最大和最小的應(yīng)力水平恒定時(shí)，稱為恒定振幅載荷，我們將針對(duì)這種最簡(jiǎn) 單的形式，首先進(jìn)行討論。否則，則稱為變化振幅或非恒定振幅載荷。成比例載荷載荷可以是比例載荷，也可以非比例載荷：比例載荷，是指主應(yīng)力的比例是恒定的，并且主應(yīng)力的削減不隨時(shí)間變化， 這實(shí)質(zhì)意味著由于載荷的增加或反作用的造成的響應(yīng)很容易得到計(jì)算。相反，非比例載荷沒有隱含各應(yīng)力之間相互的關(guān)系，典型情況包括：a 2=constant在兩個(gè)不同載荷工況間的交替變化；交變載荷疊加在靜載荷上；非線性邊界條件。應(yīng)力定義考慮在最大最小應(yīng)力值En和ma

3、x作用下的比例載荷、恒定振幅的情況：應(yīng)力范圍A定義為( omax- omin)平均應(yīng)力 m定義為(巾*+ Min)/2應(yīng)力幅或交變應(yīng)力(T思A (T /2應(yīng)力比R是omin/ omax當(dāng)施加的是大小相等且方向相反的載荷時(shí)，發(fā)生的是對(duì)稱循環(huán)載荷。這就是0m=0 , R=-1 的情況。當(dāng)施加載荷后又撤除該載荷，將發(fā)生脈動(dòng)循環(huán)載荷。這就是即gax/2, R=0的情況。應(yīng)力-壽命曲線載荷與疲勞失效的關(guān)系，采用的是應(yīng)力-壽命曲線或S-N曲線來表示：(1)若某一部件在承受循環(huán)載荷，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，該部件裂紋或破壞 將會(huì)發(fā)展，而且有可能導(dǎo)致失效；(2)如果同個(gè)部件作用在更高的載荷下，導(dǎo)致失效的載荷循環(huán)

4、次數(shù)將減少；(3)應(yīng)力-壽命曲線或S-N曲線展示出應(yīng)力幅與失效循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。S-N曲線是通過對(duì)試件做疲勞測(cè)試得到的彎曲或軸向測(cè)試反映的是單軸的應(yīng)力狀態(tài)，影響S-N曲線的因素很多，其中的一些需要的注意，如下：材料的延展性，材料的加工工藝，幾何形狀信息 ，包括表面光滑度、殘余應(yīng)力 以及存在的應(yīng)力集中，載荷環(huán)境，包括平均應(yīng)力、溫度和化學(xué)環(huán)境，例如，壓縮 平均應(yīng)力比零平均應(yīng)力的疲勞壽命長(zhǎng)， 相反，拉伸平均應(yīng)力比零平均應(yīng)力的疲勞 壽命短，對(duì)壓縮和拉伸平均應(yīng)力，平均應(yīng)力將分別提高和降低S-N曲線。因此，記住以下幾點(diǎn)：一個(gè)部件通常經(jīng)受多軸應(yīng)力狀態(tài)。如果疲勞數(shù)據(jù)（S-N曲 線）是從反映單軸應(yīng)力狀態(tài)的測(cè)試中得

5、到的，那么在計(jì)算壽命時(shí)就要注意：（1）設(shè)計(jì)仿真為用戶提供了如何把結(jié)果和 S-N曲線相關(guān)聯(lián)的選擇，包括多軸應(yīng)力的 選擇；（2）雙軸應(yīng)力結(jié)果有助于計(jì)算在給定位置的情況。平均應(yīng)力影響疲勞壽命，并且變換在 S-N曲線的上方位置與下方位置（反映出 在給定應(yīng)力幅下的壽命長(zhǎng)短）：（1）對(duì)于不同的平均應(yīng)力或應(yīng)力比值，設(shè)計(jì)仿真 允許輸入多重S-N曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）；（2）如果沒有太多的多重S-N曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)），那么設(shè)計(jì)仿真也允許采用多種不同的平均應(yīng)力修正理論。早先曾提到影響疲勞壽命的其他因素，也可以在設(shè)計(jì)仿真中可以用一個(gè)修正 因子來解釋?？偨Y(jié)疲勞模塊允許用戶采用基于應(yīng)力理論的處理方法，來解決高周疲勞問題。以下

6、情況可以用疲勞模塊來處理：恒定振幅，比例載荷（參考第二章）；變化振幅，比例載荷（參考第三章）；恒定振幅，非比例載荷（參考第四章）。需要輸入的數(shù)據(jù)是材料的S-N曲線：S-N曲線是疲勞實(shí)驗(yàn)中獲得，而且可能本質(zhì)上是單軸的，但在實(shí)際的分析中， 部件可能處于多軸應(yīng)力狀態(tài)。S-N曲線的繪制取決于許多因素，包括平均應(yīng)力，在不同平均應(yīng)力值作用下 的S-N曲線的應(yīng)力值可以直接輸入，或可以執(zhí)行通過平均應(yīng)力修正理論實(shí)現(xiàn)。第二章疲勞程序2.1基本情況進(jìn)行疲勞分析是基于線性靜力分析， 所以不必對(duì)所有的步驟進(jìn)行詳盡的闡述。疲勞分析是在線性靜力分析之后，通過設(shè)計(jì)仿真自動(dòng)執(zhí)行的。對(duì)疲勞工具的添加，無論在求解之前還是之后，都沒

7、有關(guān)系，因?yàn)槠谟?jì)算不并依賴應(yīng)力分析 計(jì)算。盡管疲勞與循環(huán)或重復(fù)載荷有關(guān)， 但使用的結(jié)果卻基于線性靜力分析， 而 不是諧分析。盡管在模型中也可能存在非線性，處理時(shí)就要謹(jǐn)慎了，因?yàn)槠诜?析是假設(shè)線性行為的。在本章中，將涵蓋關(guān)于恒定振幅、比例載荷的情況。而變化振幅、比例載荷 的情況和恒定振幅、非比例載荷的情況，將分別在以后的第三和四章中逐一討論。 2.1.1疲勞程序下面是疲勞分析的步驟，用斜體字體所描述的步驟，對(duì)于包含疲勞工具的應(yīng) 力分析是很特殊的：模型指定材料特性，包括S-N曲線；定義接觸區(qū)域（若采用的話）；定義網(wǎng)格控制（可選的）；包括載荷和支撐；（設(shè)定）需要的結(jié)果，包括Fatigue too

8、l；求解模型；查看結(jié)果。在幾何方面，疲勞計(jì)算只支持體和面，線模型目前還不能輸出應(yīng)力結(jié)果，所 以疲勞計(jì)算對(duì)于線是忽略的，線仍然可以包括在模型中以給結(jié)構(gòu)提供剛性，但在疲勞分析并不計(jì)算線模型。材料特性由于有線性靜力分析，所以需要用到楊氏模量和泊松比：如果有慣性載荷，則需 要輸入質(zhì)量密度；如果有熱載荷，則需要輸入熱膨脹系數(shù)和熱傳導(dǎo)率；如果使用 應(yīng)力工具結(jié)果（Stress Tool result）那么就需要輸入應(yīng)力極限數(shù)據(jù)，而且這個(gè)數(shù)據(jù)也 是用于平均應(yīng)力修正理論疲勞分析。疲勞模塊也需要使用到在工程數(shù)據(jù)分支下的材料特性當(dāng)中 S-N曲線數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù) 類型在 疲勞特性”（“Fatigue Properties會(huì)

9、說明；S-N曲線數(shù)據(jù)是在材料特性分 支條下的 交變應(yīng)力與循環(huán)”（“Alternating Stress vs. Cycles中輸聲的。如果S-N曲線材料數(shù)據(jù)可用于不同的平均應(yīng)力或應(yīng)力比下的情況，那么多重S-N曲線也可以輸入到程序中。疲勞材料特性添加和修改疲勞材料特性：在材料特性的工作列表中，可以定義下列類型和輸入的S-N曲線，插入的圖表 可以是線性的（Linear）：半對(duì)數(shù)的（“SemLog” 即 linear for stress, log for cycled 或雙對(duì)數(shù)曲線（“LogLog”）。記得曾提到的，S-N曲線取決于平均應(yīng)力。如果 S-N曲線在不同的平均應(yīng)力下都可適用的，那么也可以

10、輸入多重 S-N曲線，每個(gè)S-N曲線可以在不同平均 應(yīng)力下直接輸入，每個(gè)S-N曲線也可以在不同應(yīng)力比下輸入?？梢酝ㄟ^在“Mean Valued點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵添加新白平均值來輸入多條 S-N曲 線。 -一 u * _*，IHh h |f|l Abdh ，Mtil疲勞特征曲線材料特性信息可以保存 XML文件或從XML文件提取，保存材料數(shù)據(jù)文件， 在material條上按右鍵，然后用“Export 保存成XML外部文件，疲勞材料特 性將自動(dòng)寫到XML文件中，就像其他材料數(shù)據(jù)一樣。一些例舉的材料特性在如下安裝路徑下可以找到：C:ProgramFilesAnsysIncv80AISOLCommonFile

11、sLanguageen-usEngineeringDa taMaterials, “Aluminum和Structural SteelXML 文件，包含有范例疲勞數(shù)據(jù) 可以作為參考，疲勞數(shù)據(jù)隨著材料和測(cè)試方法的不同而有所變化，所以很重要一點(diǎn)就是，用戶要選用能代表自己部件疲勞性能的數(shù)據(jù)接觸區(qū)域接觸區(qū)域可以包括在疲勞分析中，注意，對(duì)于在恒定振幅、成比例載荷情況 下處理疲勞時(shí)，只能包含綁定(Bonded)和不分離(No-Separation)的線性接觸， 盡管無摩擦、有摩擦和粗糙的非線性接觸也能夠包括在內(nèi)，但可能不再滿足成比例載荷的要求。例如，改變載荷的方向或大小，如果發(fā)生分離，則可能導(dǎo)致主應(yīng) 力軸

12、向發(fā)生改變；如果有非線性接觸發(fā)生，那么用戶必須小心使用，并且仔細(xì)判 斷；對(duì)于非線性接觸，若是在恒定振幅的情況下，則可以采用非比例載荷的方法 代替計(jì)算疲勞壽命。載荷與支撐能產(chǎn)生成比例載荷的任何載荷和支撐都可能使用，但有些類型的載荷和支撐 不造成比例載荷：螺栓載荷對(duì)壓縮圓柱表面?zhèn)仁┘泳剂?，相反，圓柱的相反一側(cè)的載荷將改變；預(yù)緊螺栓載荷首先施加預(yù)緊載荷，然后是外載荷，所以這種載荷是分為兩個(gè)載荷步作用的過程；壓縮支撐(Compression Only Support)僅阻止 壓縮法線正方向的移動(dòng)，但也不會(huì)限制反方向的移動(dòng)，像這些類型的載荷最好不 要用于恒定振幅和比例載荷的疲勞計(jì)算。(設(shè)定)需要的結(jié)果

13、對(duì)于應(yīng)力分析的任何類型結(jié)果，都可能需要用到：應(yīng)力、應(yīng)變和變形找觸結(jié)果（如果版本支持）；應(yīng)力工具（Stress Tool）。另外，進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)，需要插入疲勞工具條（Fatigue Tool）:在Solution 子菜單下，從相關(guān)的工具條上添加“Tools Fatigue Tool, Fatigue Tool的明細(xì)窗中將控制疲勞計(jì)算的求解選項(xiàng)；疲勞工具條（Fatigue Tool）將出現(xiàn)在相應(yīng)的位 置中，并且也可添加相應(yīng)的疲勞云圖或結(jié)果曲線，這些是在分析中會(huì)被用到的疲 勞結(jié)果，如壽命和破壞。需要的結(jié)果在疲勞計(jì)算被詳細(xì)地定義以后，疲勞結(jié)果可下在Fatigue Tool下指定；等值線 結(jié)果（Cont

14、our）包括 Lifes（壽命）,Damaged 傷），Safety Factor （安全系數(shù)）, Biaxialitylndication （雙軸指示），以及 Equivalent Alternating Stress （等效交變應(yīng) 力）；曲線圖結(jié)果（graph results僅包含公于恒定振幅分析的疲勞敏感性（fatigue sensitivity）；這些結(jié)果的詳細(xì)分析將只做簡(jiǎn)短討論。2.2 Fatigue Tool載荷類型當(dāng)Fatigue Tool在求解子菜單下插入以后，就可以在細(xì)節(jié)欄中輸入疲勞說明： 載荷類型可以在“Zer-Based、Fully Reversed給定的“Ratio之間

15、定義；也可 以輸入一個(gè)比例因子，來按比例縮放所有的應(yīng)力結(jié)果。平均應(yīng)力影響在前面曾提及，平均應(yīng)力會(huì)影響S-N曲線的結(jié)果.而“Analysis Typ酰明了程 序?qū)ζ骄鶓?yīng)力的處理方法：“S-None：忽略平均應(yīng)力的影響“S-Mean Stress Curves：使用多重S-N曲線（如果定義的話）“S-Goodman,” “ SSbderberg,和“SNGerberl可以使用平均應(yīng)力修正理論。如果有可用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，那么建議使用多重S-N曲線（SN-Mean Stress Curves）但是，如果多重S-N曲線是不可用的，那么可以從三個(gè)平均應(yīng)力修正理論中選擇，這里的方法在于將定義的單 S-N曲線 轉(zhuǎn)

16、化”到考慮平均應(yīng)力的影響：.對(duì)于給定的疲勞循環(huán)次數(shù)，隨著平均應(yīng)力的增加，應(yīng)力幅將有所降低；.隨著應(yīng)力幅趨近零，平均應(yīng)力將趨近于極限（屈服）強(qiáng)度；.盡管平均壓縮應(yīng)力通常能夠提供很多的好處，但保守地講，也存在著許多不禾的因素（scaling=1=constant）=Goodman理論適用于低韌性材料，對(duì)壓縮平均應(yīng)力沒能做修正，Soderberg理論比Goodman理論更保守，并且在有些情況下可用于脆性材料，Gerber理論能夠?qū)g性材料的拉伸平均應(yīng)力提供很好的擬合，但它不能正確地預(yù)測(cè)出壓縮平均 應(yīng)力的有害影響，如下圖所示。FF TEH缺省的平均應(yīng)力修正理論可以從“Tools Control Pan

17、e lFatigueAnalysis Type”中進(jìn)行設(shè)置 收口果存在多重S-N曲線，但用戶想要使用平均應(yīng)力修正理論，那么將會(huì)用到在（rm=0lE R=-1的S-N曲線。盡管如此，這種做法并不推薦。強(qiáng)度因子除了平均應(yīng)力的影響外，還有其它一些影響S-N曲線的因素，這些其它影響因素可以集中體現(xiàn)在疲勞強(qiáng)度（降低）因子Kf中，其值可以在Fatigue Tool的細(xì)節(jié) 欄中輸入，這個(gè)值應(yīng)小于1,以便說明實(shí)際部件和試件的差異，所計(jì)算的交變應(yīng) 力將被這個(gè)修正因子Kf分開，而平均應(yīng)力卻保持不變。應(yīng)力分析在第一章中，注意到疲勞試驗(yàn)通常測(cè)定的是單軸應(yīng)力狀態(tài)，必須把單軸應(yīng)力 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到一個(gè)標(biāo)量值，以決定某一應(yīng)力幅下

18、（S-N曲線）的疲勞循環(huán)次數(shù)。Fatigue Tool細(xì)節(jié)欄中的應(yīng)力分量（“Stress Componen允許用戶定義應(yīng)力結(jié)果如何與疲 勞曲線S-N進(jìn)行比較。6個(gè)應(yīng)力分量的任何一個(gè)或最大剪切應(yīng)力、最大主應(yīng)力、 或等效應(yīng)力也都可能被使用到。所定義的等效應(yīng)力標(biāo)示的是最大絕對(duì)主應(yīng)力，以 便說明壓縮平均應(yīng)力。求解疲勞分析疲勞計(jì)算將在應(yīng)力分析實(shí)施完以后自動(dòng)地進(jìn)行，與應(yīng)力分析計(jì)算相比，恒定 振幅情況的疲勞計(jì)算通常會(huì)快得多。如果一個(gè)應(yīng)力分析已經(jīng)完成，那么僅選擇 Solution或Fatigue Tool分支并點(diǎn)擊Solve,便可開始疲勞計(jì)算。在求解菜單中（solution branch）的工作表將沒有輸出顯

19、示，疲勞計(jì)算在 Workbench中進(jìn)行， ANSYS的求解器不會(huì)執(zhí)行分析中的疲勞部分，疲勞模塊沒有使用ANSYS/POST1 的疲勞命令（FSxxxx, FTxxxx）。查看疲勞結(jié)果對(duì)于恒定振幅和比例載荷情況，有幾種類型的疲勞結(jié)果供選擇：Life （壽命）：等值線顯示由于疲勞作用直到失效的循環(huán)次數(shù)，如果交變應(yīng)力 比S-N曲線中定義的最低交變應(yīng)力低，則使用該壽命（循環(huán)次數(shù)）（在本例中，S-N曲線失效的最大循環(huán)次數(shù)是1e6,于是那就是最大壽命。Damage損傷）：設(shè)計(jì)壽命與可用壽命的比值，設(shè)計(jì)壽命在細(xì)節(jié)欄（Details view） 中定義，設(shè)計(jì)壽命的缺省值可通過下面進(jìn)行定義“Tools Con

20、trol Panel:Fatigue Design LifeSafety Factor (安全系數(shù))：安全系數(shù)等值線是關(guān)于一個(gè)在給定設(shè)計(jì)壽命下的 失效，設(shè)計(jì)壽命值在細(xì)節(jié)欄(Details view)輸入，給定最大安全系數(shù)SF值是15。Biaxialitylndication :應(yīng)力雙軸等值線有助于確定局部的應(yīng)力狀態(tài)，雙軸指示(Biaxialityindication )是較小與較大主應(yīng)力的比值(對(duì)于主應(yīng)力接近0的被忽略) 因此，單軸應(yīng)力局部區(qū)域?yàn)?B值為0,純剪切的為-1,雙軸的為1。等效交變應(yīng)力(Equivalent Alternating Stress):等值線在模型上繪出了部件的 等效交

21、變應(yīng)力，它是基于所選擇應(yīng)力類型，在考慮了載荷類型和平均應(yīng)力影響后， 用于詢問(query) S-N曲線的應(yīng)力。疲勞敏感性(Fatigue Sensitivity ): 一個(gè)疲勞敏感曲線圖顯示出部件的壽命、損傷 或安全系數(shù)在臨界區(qū)域隨載荷的變化而變化，能夠輸入載荷變化的極限(包括負(fù)比率)，曲線圖的缺省選項(xiàng)，“Tools menu Options - SimulationFatigueSensitivity 。任何疲勞選項(xiàng)的范圍可以是選定的部件（parts）和/或部件的表面，收斂性可 用于等值線結(jié)果。收斂和警告對(duì)疲勞敏感性圖是無效的， 因?yàn)檫@些圖提供關(guān)于載 荷的敏感性（例如，沒有為了收斂目的而指定

22、的標(biāo)量選項(xiàng)）。疲勞工具也可以與求解組合一起使用，在求解組合中，多重環(huán)境可能被組合。 疲勞計(jì)算將基于不同環(huán)境的線性組合的結(jié)果?？偨Y(jié)a建立一個(gè)應(yīng)力分析（線性，比例載荷）b定義疲勞材料特性，包括S-N曲線c定義載荷類型和平均應(yīng)力影響的處理d求解和后處理疲勞結(jié)果Solve andpostprocessfatigue results第三章不穩(wěn)定振幅的疲勞在前面一章中，考察了恒定振幅和比例載荷的情況，并涉及到最大和最小振幅 在保持恒定的情況下的循環(huán)或重復(fù)載荷。在本章將針對(duì)不定振幅、比例載荷情況,盡管載荷仍是成比例的，但應(yīng)力幅和平均應(yīng)力卻是隨時(shí)間變化的。不規(guī)律載荷的歷程和循環(huán)（History and Cyc

23、les）對(duì)于不規(guī)律載荷歷程，需要進(jìn)行特殊處理：計(jì)算不規(guī)律載荷歷程的循環(huán)所使用的是雨流 rainflow循環(huán)計(jì)算，南流”循環(huán)計(jì)算（Rainflowcycle counting）是用于把不規(guī)律應(yīng)力歷程轉(zhuǎn)化為用于疲勞計(jì)算的循 環(huán)的一種技術(shù)（如右面例子）,先計(jì)算不同的 平均”應(yīng)力和應(yīng)力幅（“range的循環(huán)， 然后使用這組雨流”循環(huán)完成疲勞計(jì)算。損傷累加是通過 Palmgren-Miner法則完成的，Palmgren-Miner法則的基本思 想是：在一個(gè)給定的平均應(yīng)力和應(yīng)力幅下， 每次循環(huán)用到有效壽命占總和的百分 之幾。對(duì)于在一個(gè)給定應(yīng)力幅下的循環(huán)次數(shù) Ni,隨著循環(huán)次數(shù)達(dá)到失效次數(shù) Nfi 時(shí)，壽命

24、用盡，達(dá)到失效。雨流”循環(huán)計(jì)算和Palmgren-Miner損傷累加都用于不定振幅情況。因此，任何任意載荷歷程都可以切分成一個(gè)不同的平均值和范圍值的循環(huán)陣 列（多個(gè)豎條”）右圖是 雨流”陣列，指出了在每個(gè)平均值和范圍值下所計(jì)算的 循環(huán)次數(shù)，較高值表示這些循環(huán)的將出現(xiàn)在載荷歷程中。在一個(gè)疲勞分析完成以后，每個(gè) 豎條”即循環(huán)”造成的損傷量將被繪出，對(duì) 于 雨流”陣列中的每個(gè) 豎條（bin）顯示的是對(duì)應(yīng)的所用掉的壽命量的百分比。 在這個(gè)例子中，即使大多數(shù)循環(huán)發(fā)生在低范圍/平均值，但高范圍（range湎環(huán)仍 會(huì)造成主要的損傷。依據(jù)Per Miner法則，如果損傷累加到1（100%）,那么將發(fā) 生失效。

25、不定振幅程序i mrti i itvm imsi*t lmt+i5h“赤曲，彳值局帆月a建立引領(lǐng)分析（線性，比載荷）b定義疲勞材料特性（包括S-N曲線）a定義載荷歷程數(shù)據(jù)，并以及平均應(yīng)力的影響的處理b為 雨流”循環(huán)次數(shù)的計(jì)算定義bins的數(shù)量e求解并查看疲勞結(jié)果（例如，損傷matrix,損傷等值線圖，壽命等值線等）對(duì)于建立基于不定振幅、比例載荷情況下疲勞分析的過程，與前面講過的第 章中介紹非常相似，但有兩個(gè)例外：載荷類型的定義不同，查看的疲勞結(jié)果中包括變化的 雨流”和損傷陣列。.定義定義載荷類型在Fatigue Tool的Details欄中，載荷類型“TypeH1的是歷程數(shù)據(jù)“History

26、Data，既而，在“History Data Location下定義一個(gè)外部文件.這個(gè)文本文件后會(huì) 包含一組循環(huán)（或周期）的載荷歷程點(diǎn)，由于歷程數(shù)據(jù)文本文件的數(shù)值表示的是載 荷的倍數(shù)，所以比例因子“Scale Facto也能夠用于放大載荷。定義無限壽命恒定振幅載荷中，如果應(yīng)力低于S-N曲線中最低限，曾提過的最后定義的循環(huán) 次數(shù)將被使用。但在不定振幅載荷下，載荷歷程將被劃分成各種平均應(yīng)力和應(yīng)力 幅的豎條”（“bins”由廳損傷是累積起來的，這些小應(yīng)力可能造成相當(dāng)大的影 響，即當(dāng)循環(huán)次數(shù)很高時(shí)。因此，如果應(yīng)力幅比 S-N曲線的最低點(diǎn)低，無限壽命”值可以在Fatigue Tool的Details欄中

27、輸入，以定義所采用循環(huán)次數(shù)的值。損傷的定義是循環(huán)次數(shù)與失效時(shí)次數(shù)的比值，因此對(duì)于沒有達(dá)到S-N曲線上的失效循次數(shù)的小應(yīng)力，無限壽命”就提供這個(gè)值。通過對(duì) 無限壽命”設(shè)置較大值，小應(yīng)力幅循環(huán)（“Range勺影響造成的損傷將 很小，因?yàn)閾p傷比率較?。╠amage ratio）定義 bin size豎條尺寸”（“Bin Siz也可以在Fatigue Tool的Details欄中定義，rainflow陣 列尺寸是bin_size x bin_sizeo Binsize越大，排列的陣列就越大，于是平均（mean） 和范圍（range）可以考慮而更精確，否則將把更多的循環(huán)次數(shù)放在在給定的豎條中 （看下圖）

28、，但是對(duì)于疲勞分析，豎條的尺寸越大，所需要的內(nèi)存和CPU成本會(huì)越 3b o定義豎條尺寸另一方面請(qǐng)注意，我們可以看到單根鋸齒或正弦曲線的載荷歷程數(shù)據(jù)將產(chǎn)生與 第二章中所講的恒定振幅相似的結(jié)果。注意，這樣的一個(gè)載荷歷程將產(chǎn)生一個(gè)與 恒定振幅情況下同樣的平均應(yīng)力和應(yīng)力幅的計(jì)算。這個(gè)結(jié)果可能與恒定振幅情況 有輕微差異取決于豎條的尺寸，因?yàn)閞ange的均分方式可能與確切值不一致，所 以，如果應(yīng)用的話，推薦使用恒定振幅法。前面的討論非常清楚地指出 “ binS勺數(shù)目影響求解精度。這是因?yàn)榻换ズ推骄?應(yīng)力在計(jì)算部分損傷前先被輸入到“binsFP。這就是“Quick Countin戕術(shù)。默認(rèn)方法（因?yàn)槠湫矢?/p>

29、）“Quick RainflowCounting可以在“Details view中”關(guān)閉，在這種情況下，部分損傷發(fā)現(xiàn)前數(shù)據(jù)不會(huì)被輸入到“bins,”因此“bins的數(shù)目不會(huì)影響結(jié)果。雖然這種方法很準(zhǔn)確，但它會(huì)耗費(fèi)更多的內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。查看疲勞結(jié)果定義了需要的結(jié)果以后，不定振幅情況就可以采用恒定振幅情況相似的方式，與應(yīng)力分析一起或在應(yīng)力分析以后進(jìn)行求解。由于求解的時(shí)間取決于載荷歷程和豎條尺寸，所在進(jìn)行的求解可能要比恒定振幅情況的時(shí)間長(zhǎng)，但它仍比常規(guī)FEM 的求解快。結(jié)果與恒定振幅情況相似：代替疲勞循環(huán)次數(shù)，壽命結(jié)果報(bào)告了直到失效的載荷 塊酌數(shù)量。舉個(gè)例子， 如果載荷歷程數(shù)據(jù)描述了一個(gè)給定的時(shí)間塊

30、假設(shè)是一周的時(shí)間），以及指定的最小壽命是50,那么該部件的壽命就是50塊或50周。損傷和安全系數(shù)（Damageand Safety Factor）!于在Details欄中輸入的設(shè)計(jì)壽命 （Design Life），但仍然是以 塊形式出現(xiàn)，而不是循環(huán)。BiaxialityIndication（雙軸指示）與恒定振幅情況一樣，對(duì)于不定振幅載荷均可用。對(duì)于不定振幅情況，Equivalent Alternating Stress效交變應(yīng)力），不能作為結(jié) 果輸出。這是因?yàn)閱蝹€(gè)值不能用于決定失效的循環(huán)次數(shù)， 因而采用基于載荷歷程 的多個(gè)值。Fatigue Sensitivity（疲勞敏感性）對(duì)于壽命 塊也是

31、可用的。在不定振幅情況中也有一些自身獨(dú)特的結(jié)果：Rainflow陣列，雖然不是真實(shí)的結(jié)果，對(duì)于輸出是有效的，在前面已經(jīng)討論了，它提供了如何把交變和平均應(yīng)力從載荷歷程劃分成豎條的信息。損傷陣列顯示的是指定的實(shí)體(scoped entities珀評(píng)定位置的損傷。它反映了所 生成的每個(gè)豎條損傷的大小。注意，結(jié)果是在指定的部件或表面的臨界位置上的 結(jié)果。第四章 非比例載荷的疲勞分析在第二章中，討論了恒定振幅和比例載荷情況，本節(jié)將針對(duì)恒定振幅非比例載 荷情況進(jìn)行介紹。其基本思想是用兩個(gè)加載環(huán)境代替單一加載環(huán)境，進(jìn)行疲勞計(jì)算，不采用應(yīng)力比，而是采用兩個(gè)載荷環(huán)境的應(yīng)力值來決定最大最小值。由于同一組應(yīng)力結(jié)果不并不成比例，這就是為什么這種方法稱為非比例(non-proportional)的原因，但是兩組結(jié)果都會(huì)使用到，由于需要兩個(gè)解，所以可以 采用求解組合來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于恒定振幅，非比例情況的處理過程與恒定振幅、比例載荷的求解基本相同 除了下面所提出的以外：.建立兩個(gè)帶不同載荷條件的環(huán)境(two Environment )分支條。.增加一個(gè)求解組合分支條(Solution Combination branch),并定義兩個(gè)環(huán)境。.為求解組合(solution combination)添力口 Fatigue Tool (和其他結(jié)果)，并將載荷 類型定義洋比例(