3.尽管平均压缩应力通常能够提供很多的好处,但保守地讲,也存在着许多不利的因素(scaling=1=constant)。
Goodman理论适用于低韧性材料,对压缩平均应力没能做修正,Soderberg理论比Goodman理论更保守,并且在有些情况下可用于脆性材料,Gerber理论能够对韧性材料的拉伸平均应力提供很好的拟合,但它不能正确地预测出压缩平均应力的有害影响,如下图所示。
缺省的平均应力修正理论可以从“Tools > Control Panel:
Fatigue>Analysis Type”中进行设置–如果存在多重S-N曲线,但用户想要使用平均应力修正理论,那么将会用到在σm=0或R=-1的S-N曲线。尽管如此,这种做法并不推荐。
2.2.3 强度因子
除了平均应力的影响外,还有其它一些影响S-N曲线的因素,这些其它影响因素可以集中体现在疲劳强度(降低)因子Kf中,其值可以在Fatigue Tool的细节栏中输入,这个值应小于1,以便说明实际部件和试件的差异,所计算的交变应力将被这个修正因子Kf分开,而平均应力却保持不变。
2.2.4 应力分析 在第一章中,注意到疲劳试验通常测定的是单轴应力状态,必须把单轴应力状态转换到一个标量值,以决定某一应力幅下(S-N曲线)的疲劳循环次数。Fatigue Tool细节栏中的应力分量(“Stress Component”)允许用户定义应力结果如何与疲劳曲线S-N进行比较。6个应力分量的任何一个或最大剪切应力、最大主应力、或等效应力也都可能被使用到。所定义的等效应力标示的是最大绝对主应力,以便说明压缩平均应力。 2.3 求解疲劳分析
疲劳计算将在应力分析实施完以后自动地进行,与应力分析计算相比,恒定振幅情况的疲劳计算通常会快得多。如果一个应力分析已经完成,那么仅选择Solution或Fatigue Tool 分支并点击Solve,便可开始疲劳计算。在求解菜单中(solution branch)的工作表将没有输出显示,疲劳计算在Workbench中进行,ANSYS的求解器不会执行分析中的疲劳部分,疲劳模块没有使用ANSYS /POST1的疲劳命令(FSxxxx, FTxxxx)。 2.4 查看疲劳结果
对于恒定振幅和比例载荷情况,有几种类型的疲劳结果供选择:
Life(寿命):等值线显示由于疲劳作用直到失效的循环次数,如果交变应力比S-N曲线中定义的最低交变应力低,则使用该寿命(循环次数)(在本例中,S-N曲线失效的最大循环次数是1e6,于是那就是最大寿命。
Damage(损伤):设计寿命与可用寿命的比值,设计寿命在细节栏(Details view)中定义,设计寿命的缺省值可通过下面进行定义“Tools > Control Panel:Fatigue > Design Life。
Safety Factor(安全系数):安全系数等值线是关于一个在给定设计寿命下的失效,设计寿命值在细节栏(Details view)输入,给定最大安全系数SF值是15。
BiaxialityIndication:应力双轴等值线有助于确定局部的应力状态,双轴指示(Biaxialityindication)是较小与较大主应力的比值(对于主应力接近0的被忽略)。因此,单轴应力局部区域为B值为0,纯剪切的为-1,双轴的为1。
等效交变应力(Equivalent Alternating Stress):等值线在模型上绘出了部件的等效交变应力,它是基于所选择应力类型,在考虑了载荷类型和平均应力影响后,用于询问(query)S-N曲线的应力。
疲劳敏感性( Fatigue Sensitivity ):一个疲劳敏感曲线图显示出部件的寿命、损伤或安全系数在临界区域随载荷的变化而变化,能够输入载荷变化的极限(包括负比率),曲线图的缺省选项,“Tools menu > Options?Simulation:Fatigue>Sensitivity”。
任何疲劳选项的范围可以是选定的部件(parts)和/或部件的表面,收敛性可用于等值线结果。收敛和警告对疲劳敏感性图是无效的,因为这些图提供关于载荷的敏感性(例如,没有为了收敛目的而指定的标量选项)。 疲劳工具也可以与求解组合一起使用,在求解组合中,多重环境可能被组合。疲劳计算将基于不同环境的线性组合的结果。 2.5 总结
a 建立一个应力分析(线性,比例载荷) b 定义疲劳材料特性,包括S-N曲线
c 定义载荷类型和平均应力影响的处理 d 求解和后处理疲劳结果Solve and postprocessfatigue results
在前面一章中,考察了恒定振幅和比例载荷的情况,并涉及到最大和最小振幅在保持恒定的情况下的循环或重复载荷。在本章将针对不定振幅、比例载荷情况,尽管载荷仍是成比例的,但应力幅和平均应力却是随时间变化的。 3.1 不规律载荷的历程和循环(History and Cycles) 对于不规律载荷历程,需要进行特殊处理:
计算不规律载荷历程的循环所使用的是“雨流”rainflow循环计算,“雨流”循环计算(Rainflowcycle counting)是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术(如右面例子),先计算不同的“平均”应力和应力幅(“range”)的循环,然后使用这组“雨流”循环完成疲劳计算。 损伤累加是通过Palmgren-Miner 法则完成的,Palmgren-Miner法则的基本思想是:在一个给定的平均应力和应力幅下,每次循环用到有效寿命占总和的百分之几。对于在一个给定应力幅下的循环次数Ni,随着循环次数达到失效次数Nfi时,寿命用尽,达到失效。
“雨流”循环计算和Palmgren-Miner损伤累加都用于不定振幅情况。 因此,任何任意载荷历程都可以切分成一个不同的平均值和范围值的循环阵列(“多个竖条”),右图是“雨流”阵列,指出了在每个平均值和范围值下所计算的循环次数,较高值表示这些循环的将出现在载荷历程中。