ANSYS的疲勞分析方法及應用

摘 要:文章首先介紹了大型軟件ANSYS分析疲勞壽命的可以實現的功能，并闡述了ANSYS疲勞分析的基本步驟，最后結合一個實例展示了分析的過程并給出了結果。

關鍵詞:ANSYS 疲勞分析 S-N曲線

中圖分類號:TG405文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0057-01

1 引言

疲勞是指結構在低于靜態強度極限的載荷重復作用下出現疲勞斷裂的現象。如一根能夠承受300kN拉力的桿，在100kN的循環載荷下，經歷1000000次循環后可能出現破壞。

ANSYS具有以下疲勞計算功能:

(1)在一系列選定的位置上，確定一定數目的事件及其載荷(一個應力狀態);(2)在一個選定的位置上定義應力集中系數和定義每個應力循環的比例系數;(3)用后處理所得應力計算結果確定單元疲勞壽命耗用系數。

2 ANSYS疲勞分析的基本步驟

疲勞計算在ANSYS的通用后處理器中進行，在此之前必須已經完成應力計算。ANSYS疲勞分析一般包括下列6個步驟:(1)進行通用靜力分析。包括定義單元屬性、建立幾何模型、生成有限元模型、施加載荷并求解;(2)進入后處理并恢復數據庫。疲勞汁算在通用后處理器中進行，在此之前必須已經完成應力計算;(3)建立位置、事件和載荷的數目，定義材料疲勞性質，確定位置和應力集中系數。默認情況下，一個事件內可以包含3個位置、10個事件和3個載荷。疲勞分析時的材料性質包括:應力壽命曲線(S—N曲線)、溫度應力曲線和材料的彈塑件參數M和N;(4)存儲應力，指定時間循環次數和比例系數。為了進行疲勞分析，必須知道不同事件下的應力，每個位置處得載荷和每個事件的循環次數;(5)激活疲勞計算。完成上述設置后，即可進行疲勞計算。選擇菜單Main Menu:General Postproc——Calculate Fatigue;(6)觀察結果。疲勞計算結果包括與事件和載荷對應的疲勞強度、循環次數、壽命、溫度和壽命耗用系數等。

3 ANSYS疲勞分析示例

如圖1所示，一個帶有小圓孔的板(200mm×100mm，孔徑50mm)，一端固定，一段承受0～0.031MPa的壓力，計算指定位置的疲勞壽命使用系數。材料的彈性模量E=2.0×105;泊松比μ=0.3，材料的S—N特性曲線如圖2所示。

按照ANSYS疲勞分析的步驟，首先定義單元類型和材料屬性，建立幾何模型，劃分網格，施加約束和載荷并求解，得到如圖3所示有限元模型。

對生成的模型進行疲勞計算，首先輸入S-N數值，由坐標值得到節點號，再指定應力位置，提取應力值，儲存節點應力，設定事件重復次數(即循環次數)為8000，最后進行疲勞計算，得到疲勞分析結果如圖4所示。

由圖中結果可看出，允許壽命為8389次，若循環8000次，則累積疲勞系數為0.954。

參考文獻

[1]商躍進.有限元原理與ANSYS應用指南[M].清華大學出版社，2005.

[2]張應遷，張洪才.ANSYS有限元分析從入門到精通[M].人民郵電出版社，2010.

[3]劉偉，高維成，于廣濱.ANSYS 12.0寶典[M].電子工業出版社，2010.