ANSYS 19.2疲劳分析基础与详解

首先简述疲劳分析的一些基础

疲劳失效是一种常见的失效形式，其造成的破坏与重复加载有关，疲劳通常分为两类：高周疲劳（载荷循环次数较高，如1e4~1e9，高周疲劳的应力一般比材料的极限强度低，损失一般由局部较大的应力所产生的，适用于应力疲劳计算）和低周疲劳（载荷循环次数较低，常常由于局部较大的塑性变形造成，适用于应变疲劳计算）。一般的低周期疲劳循环寿命可以通过理论计算得出，而高周期疲劳循环寿命则需要通过有限元计算。ANSYS WORKBENCH的Fatigue Module add-on模块基于应力疲劳理论，适用于高周疲劳计算，一般用于计算恒定振幅载荷（最大最小载荷的比值恒定不变）。一般的线性静力学疲劳分析需要提供杨氏模量（弹性模量）、泊松比、S-N曲线。S-N曲线表示了材料的应力幅与失效循环次数之间的关系。

   交变应力
 

下面讲解ANSYS WORKBENCH有限元操作的一些模块

(我自己又重新分析了一个长板的疲劳寿命，操作流程和视频里的是一致的，都是先静力分析再疲劳分析，下面是静力分析的步骤)：

PS:网格是自动生成的。

   添加fix support约束，模拟悬臂梁
 

   在板的表面添加力，一开始是100N，作为对比，100N疲劳分析完成后再修改力为10000N
 

   fatigue tool栏
 

Fatigue tool栏：

fatigue strength factor表示疲劳强度系数（疲劳强度因子），简单理解就是应力集中系数，一般设为0.8。

loading的type设为fully reversed表示建立交互应力循环。

Options的analysis type选择stress life（应力寿命计算，用于高周疲劳）。

   safety factor
 

在fatigue tool中插入safety factor，design life默认为10^9，即循环10^9次，可以根据需要修改。

   fatigue sensitivity
 

在fatigue tool中插入fatigue sensitivity，options栏下，lower variation表示最小变化幅度，默认为50%，即添加静力的50%；upper variation表示最大变化幅度，默认为150%，即添加静力的150%。

下面解说结果

   100N力下的安全系数
 

疲劳分析的安全系数和静力学等的安全系数一致，由上图可见，该分析的最大安全系数为15，最小安全系数为0

   100N下的疲劳寿命
 

疲劳寿命指交变应力最大循环次数。由上图可见，整个板材都可以承受10^6的循环。

再将静力修改为10000N：

   10000N下的安全系数
 

与100N对比，10000N下整个板件的安全系数都有所下降。

   10000N下的疲劳寿命
 

与100N对比，10000N下整个板件的疲劳寿命都有所下降，危险面仍为悬臂梁支撑处，这和实际情况相吻合。

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