在一个疲劳分析完成以后,每个“竖条”(即“循环”)造成的损伤量将被绘出,对于“雨流”阵列中的每个“竖条”(bin),显示的是对应的所用掉的寿命量的百分比。在这个例子中,即使大多数循环发生在低范围/平均值,但高范围(range)循环仍会造成主要的损伤。依据Per Miner法则,如果损伤累加到1(100%),那么将发生失效。 3.2 不定振幅程序
a 建立引领分析(线性,比载荷) b 定义疲劳材料特性(包括S-N曲线)
a 定义载荷历程数据,并以及平均应力的影响的处理 b 为“雨流”循环次数的
计算定义bins的数量
e 求解并查看疲劳结果(例如,损伤matrix,损伤等值线图,寿命等值线等)
对于建立基于不定振幅、比例载荷情况下疲劳分析的过程,与前面讲过的第二章中介绍非常相似,但有两个例外:载荷类型的定义不同,查看的疲劳结果中包括变化的“雨流”和损伤阵列。 3.3.定义
3.3.1 定义载荷类型
在Fatigue Tool的Details 栏中, 载荷类型“Type”指的是历程数据
“History Data”,既而,在“History Data Location”下定义一个外部文件. 这个文本文件将会包含一组循环(或周期)的载荷历程点,由于历程数据文本文件的数值表示的是载荷的倍数,所以比例因子“Scale Factor”也能够用于放大载荷。
3.3.2 定义无限寿命
恒定振幅载荷中,如果应力低于S-N曲线中最低限,曾提过的最后定义的循环次数将被使用。但在不定振幅载荷下,载荷历程将被划分成各种平均应力和应力幅的“竖条”(“bins”)。由于损伤是累积起来的,这些小应力可能造成相当大的影响,即当循环次数很高时。因此,如果应力幅比S-N曲线的最低点低,“无限寿命”值可以在Fatigue Tool 的Details栏中输入,以定义所采用循环次数的值。
损伤的定义是循环次数与失效时次数的比值,因此对于没有达到S-N曲线上的失效循次数的小应力,“无限寿命”就提供这个值。
通过对“无限寿命”设置较大值,小应力幅循环(“Range”)的影响造成的损伤将很小,因为损伤比率较小(damage ratio)。 3.3.3 定义bin size “竖条尺寸”(“Bin Size”)也可以在Fatigue Tool 的Details栏中定义,rainflow阵列尺寸是bin_size x bin_size。Binsize越大,排列的阵列就越大,于是平均(mean)和范围(range)可以考虑的更精确,否则将把更多的循环次数放在在给定的竖条中(看下图),但是对于疲劳分析,竖条的尺寸越大,所需要的内存和CPU成本会越高。 3.3.4 定义竖条尺寸
另一方面请注意,我们可以看到单根锯齿或正弦曲线的载荷历程数据将产生与第二章中所讲的恒定振幅相似的结果。注意,这样的一个载荷历程将产生一个与恒定振幅情况下同样的平均应力和应力幅的计算。这个结果可能与恒定振幅情况有轻微差异取决于竖条的尺寸,因为range的均分方式可能与确切值不一致,所以,如果应用的话,推荐使用恒定振幅法。
前面的讨论非常清楚地指出“bins”的数目影响求解精度。这是因为交互和平均应力在计算部分损伤前先被输入到“bins”中。这就是“Quick Counting”技术。
默认方法(因为其效率高)“Quick RainflowCounting”可以在“Details view”中关闭,在这种情况下,部分损伤发现前数据不会被输入到“bins”,因此“bins”的数目不会影响结果。
虽然这种方法很准确,但它会耗费更多的内存和计算时间。 3.4 查看疲劳结果
定义了需要的结果以后,不定振幅情况就可以采用恒定振幅情况相似的方式,与应力分析一起或在应力分析以后进行求解。由于求解的时间取决于载荷历程和竖条尺寸,所在进行的求解可能要比恒定振幅情况的时间长,但它仍比常规FEM的求解快。
结果与恒定振幅情况相似:
代替疲劳循环次数,寿命结果报告了直到失效的载荷‘块’的数量。举个例子,如果载荷历程数据描述了一个给定的时间‘块’(假设是一周的时间),以及指定的最小寿命是50,那么该部件的寿命就是50‘块’或50周。
损伤和安全系数(Damageand Safety Factor)基于在Details栏中输入的设计寿命(Design Life),但仍然是以‘块’形式出现,而不是循环。 BiaxialityIndication(双轴指示)与恒定振幅情况一样,对于不定振幅载荷均可用。
对于不定振幅情况,Equivalent Alternating Stress(等效交变应力),不
能作为结果输出。这是因为单个值不能用于决定失效的循环次数,因而采用基于载荷历程的多个值。
Fatigue Sensitivity(疲劳敏感性)对于寿命‘块’也是可用的。 在不定振幅情况中也有一些自身独特的结果:
Rainflow阵列,虽然不是真实的结果,对于输出是有效的,在前面已经讨论了,它提供了如何把交变和平均应力从载荷历程划分成竖条的信息。
损伤阵列显示的是指定的实体(scoped entities)的评定位置的损伤。它反映了所生成的每个竖条损伤的大小。注意,结果是在指定的部件或表面的临界位置上的结果。
在第二章中,讨论了恒定振幅和比例载荷情况,本节将针对恒定振幅非比例载荷情况进行介绍。其基本思想是用两个加载环境代替单一加载环境,进行疲劳计算,不采用应力比,而是采用两个载荷环境的应力值来决定最大最小值。由于同一组应力结果不并不成比例,这就是为什么这种方法称为非比例(non-proportional)的原因,但是两组结果都会使用到,由于需要两个解,所以可以采用求解组合来实现。
对于恒定振幅,非比例情况的处理过程与恒定振幅、比例载荷的求解基本相同,除了下面所提出的以外:
1.建立两个带不同载荷条件的环境(two Environment )分支条。
2.增加一个求解组合分支条( Solution Combination branch),并定义两个环境。
3.为求解组合(solution combination)添加Fatigue Tool (和其他结果) ,并将载荷类型定义“非比例”(Non-Proportional)。 4.(定义)所需的结果并求解。
4.1 建立两个载荷环境( two loading environments:)
这两个载荷环境可以有两组不同的载荷以模仿两载荷的交互形式(支撑也是一样),例如,一个是弯曲载荷,另一个是扭转载荷作为两个环境(Environments),这样的疲劳载荷计算将假定为在这样的两个载荷环境下的交互受载的。一个交互载荷可以叠加到静载荷上,例如,有一个恒定压力和一个力矩载荷。对于其中一
个环境(Environment)仅定义恒定压力,而另一个环境定义为恒定压力力矩载荷。这就将模仿成一个恒定压力和交变力矩。非线性支撑/接触(supports/contact)或非比例载荷的使用,例如,仅有一个压缩支撑,只要阻止刚体运动,那么两个环境应该反映的是某一方向和其相反的方向的载荷。
4.2 从模型分支条下增加一个求解组合( Solution Combination ) 在工作表(Worksheet)中,添加用于计算的两个环境(Environments)。注意,系数可以是一个数值,只有一种情况除外,即结果是被缩放的。注意,两个环境将会很好地用于非比例载荷。从两个环境(Environments)产生的应力结果将决定对于给定位置的应力范围。
4.3 求解组合(solution combination)添加Fatigue Tool
“Non-Proportional”必须作为“Type”在Details 栏中定义。任何其他选项将把两个环境(two Environments)当作线性组合(见sectionB的结尾),比例系数、疲劳强度系数(因子)、分析类型以及应力组分都可以进行相应地设置。
4.4 (定义)所需的其它结果并求解
对于非比例载荷,用户可能需要获得与作用在比例载荷情况下同样的结果。 唯一的差别在于双轴指示(BiaxialityIndication)。由于所进行的分析是在作用在非比例载荷条件下,所以对于给定的位置,没有单个应 力双轴性存在.
应力双轴性的平均或标准偏差可以在Details栏中进行设置。
平均应力双轴性是直接用来解释的.标准偏差显示的是在给定位置的应力状态改变量.因此,一个小标准偏差值是指行为接近比例载荷;而大的标准偏差值,则是指在主应力方向上的足够变化。
在两个环境(two Environments)首先得到求解以后,疲劳求解将自动进行。