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【背景知识】
疲劳是材料在循环应力和应变作用下在一处或几处产生永久性累积损伤经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。疲劳寿命的定义为发生疲劳破坏时的载荷循环次数，或从开始受载到发生断裂所经过的时间。材料或构件疲劳失效时所经受的规定应力或应变的的循环次数，是设计人员和工程技术人员十分关注的课题，也是与广大用户切身相关的问题。
本文通过BETA CAE Systems的ANSA, EPILYSIS和FATIQ三款软件快速搭建模型，并计算得到零件的疲劳损伤结果。
ANSA
强大的模型前处理软件。本案例通过使用ANSA，快速完成几何清理、网格划分、建立连接以及设置Nastran头文件。
EPILYSIS
完全嵌入在ANSA当中的隐式求解器，与Nastran同源，支持的分析类型包括静应力、NVH、优化等相关学科。常用的一些分析工况如：
本案例将使用EPILYSIS来计算SOL 101线性静态分析的结果，输出的.op2结果文件会作为FATIQ的输入文件来使用。
FATIQ
FATIQ是一款针对特定应用的软件，可满足疲劳领域的特定需求。基于变形和应力应变信息来计算结构的寿命。其直观的用户界面和最少的用户输入量适用于所有专业阶段的用户，通过可重复使用的工作流程简化分析设置，并提供交互式的全面结果概览。
FATIQ支持多种问题工况，支持时域下的准静态和瞬态的输入，也支持频域下的FRF响应和PSD应力输入。本案例将使用EPILYSIS计算的准静态结果作为输入，与载荷曲线进行叠加，最后计算得出零件的损伤和寿命。
1. 基本建模流程及文件导入
图1是本案例所要分析的汽车前纵梁区域的模型，通过ANSA实现导入几何、检查几何错误并进行修复（几何清理）、划分网格、改进网格质量、建立连接以及设置求解器工况。之后即可提交给EPILYSIS进行求解计算。
图1 本案例所采用的准静态模型
图2展示了本模型上边界条件设置，可以看到在前纵梁前端添加了三个载荷，分别是沿着Z方向和Y方向的力，以及绕X轴方向的转矩。在汽车前纵梁的后方使用SPC1边界类型进行了单点约束。同时在头文件中设置了三个子工况，分别对应三个载荷工况。完成头文件的设置之后我们即可将模型送入EPILYSIS进行SOL 101的求解，并输出结果。
图2 边界条件和头文件设置
求解完成之后，使用求解输出的.op2结果文件导入FATIQ来进行疲劳仿真计算。可以通过New快速的新建一个计算的仿真流程，再根据图3流程快速的将模型添加进来。目前，FATIQ支持来自Nastran, Abaqus, Ansys和Metadb的文件格式，并且可以以XML的格式保存工作流模板。
图3 导入文件
2. 材料分配
模型导入之后即可进行材料的分配。FATIQ提供了包含80多种金属和合金疲劳的内部数据库，同时也支持外接数据库，以及用户自定义材料曲线，支持多曲线材料，同时支持S-N和E-N分析。
给模型分配疲劳材料一直是一项繁琐的工作，在FATIQ中可高效地创建规则来对材料分配实现一键自动赋予，如图4所示。
图4 FATIQ的材料分配界面
对于本案例，选择Steel 1005对所有的部件一键进行材料分配。接下来进行模型分析参数的设置。在Analysis Configurator界面可以快速的设置疲劳的分析类型、方法、频域或时域、输入结果的形式，以及后续计算和修正的方法。这里我们采用S-N分析，使用时域下的准静态结果输入，通过雨流法来进行计数，如图5所示。
图5 Analysis Configurator 设置
3. 添加载荷
为模型添加载荷，分为创建载荷和分配载荷。通过载荷窗口，可以在频域或时域中定义新的载荷曲线。FATIQ支持多种曲线类型，如PSD、正弦波、正弦扫频、窄带、幅度块和时间序列，同时也支持从求解器导入载荷曲线。对于本案例可以直接读取 .nas文件中预先加载好的曲线信息，如图6所示。
图6 载荷曲线信息
加载完成之后即可进行载荷分配，将载荷曲线分配给模型子工况。FATIQ对循环载荷谱有清晰的描述，可以通过事件和通道来实现载荷分配。将多个通道添加到同一个事件当中，后续的计算过程就会将这三个载荷和子工况进行叠加计算，如图7所示。
图7 载荷曲线分配
以上便完成了计算前的所有设置。
4. 结果后处理
关于计算结果的后处理，FATIQ中提供了多种图表选择，例如PSD图、事件图、雨流矩阵和3D云图。
查看本案例的结果如图8所示，分别展示了不同类型的图表结果，同时也可以快速查看损伤最大单元的损伤值并进行标记。每张图都具有交互属性，通过更改参数，可实时查看更新。
图8 FATIQ结果后处理
以上即为从ANSA前处理到EPILYSIS求解再到FATIQ进行疲劳计算的全过程。
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