基于ANSYS Workbench的管道疲勞強度分析及優化

邢亮亮+仲梁維

摘 要：疲勞破壞作為一種常見的失效形式，直接關系到機械結構的壽命，通過有限元軟件ANSYS Workbench能夠準確計算出機械結構的疲勞壽命。通過SolidWorks建立三維實體模型，在ANSYS Workbench中進行網格劃分，對于液體沖擊及螺栓預緊力作用分為兩種環境進行靜力學計算。將兩種環境疊加處理，再通過ANSYS Workbench中的Fatugue Tool模塊進行非比例載荷疲勞壽命分析。然后根據管道的疲勞壽命結果，優化螺栓預緊力大小，選取最優螺栓預緊力實現管道疲勞壽命的最大化，優化結構的疲勞強度。結果表明，經螺栓預緊力優化后，管道疲勞壽命提高了10%。

關鍵詞：疲勞壽命；疲勞強度；ANSYS Workbench；非比例載荷

DOIDOI：10.11907/rjdk.171252

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2017）007-0145-04

0 引言

管道從安裝調試至投入使用期間，長期受到管道內部液體的循環作用力，會造成連接管道的螺栓發生疲勞破壞，造成管道漏液的危險情況[1]。管道在輸送液體時，連接管道的螺栓承受脈動循環載荷，主要受到了疲勞作用。通過實驗的方法很難準確檢測結構疲勞[2]，因此工程上常用有限元計算來預估結構疲勞。有限元計算耗時少、效率高、節約成本，并且可以準確找到結構在受到循環載荷作用時的最薄弱位置。

具體做法是運用SolidWorks建立幾何模型，將幾何模型導入ANSYS Workbench中，先進行靜力結構分析，包括兩個計算環境，環境一為液體對管道的作用，環境二為螺栓預緊力對管道的作用。再將環境一的脈動循環載荷疊加在環境二的靜載荷上，對管道結構進行非比例載荷[3-4]疲勞壽命分析，并根據得到的疲勞壽命結果，優化螺栓預緊力大小，以實現管道疲勞壽命的最大化。……