疲劳分析流程中所述的前置分析类型不全,还应包括随机振动、谐响应分析,响应谱分析以及组合分析等(原文已修改)。前置的分析包括建立模型、网格划分、设定边界条件及加载和分析求解等步骤。然而,在疲劳分析中,材料属性除了基本的弹性模量、泊松比等外,还需要包括疲劳特性参数(如S-N曲线或E-N曲线数据);网格划分要确保关键区域(如应力集中部位)的网格质量,以获得更精确的应力或应变分布;加载应根据工况和疲劳分析的需求来施加;如果材料的塑性特征对疲劳寿命有影响,应选择非线性分析,以准确计算应力集中问题。
对于应变-寿命方法,材料必须定义应变-寿命参数;对于应力-寿命方法,材料必须定义 S-N 曲线。Workbench关于寿命的材料模型,主要包括以下四种类型,如下图所示。
1)线性S-N曲线
其中A为疲劳强度系数,m为疲劳强度指数,S表示应力幅值,N为循环次数。对于两个线性S-N曲线,应力单位必须是Pa。
2)双线性S-N曲线
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其中A为第一疲劳强度系数,m为第一疲劳强度指数,C为第二疲劳强度系数,r为第二疲劳强度指数。
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对于基于频率的疲劳,如果材料模型仅提供S-N曲线表(而不是上述的线性/双线性S-N曲线),则求解器将使用S-N表的第一点和最后一点通过上述单段的S-N曲线方程执行线性插值,并得出所需的参数A和m来进行求解。如果材料模型提供了任一曲线参数(线性/双线性S-N曲线),则将直接使用它们,并忽略已经定义的S-N曲线表。
这是因为ANSYS Workbench的基于频率的疲劳分析中,S-N曲线必须是线性的。主要是由于这种分析方法的数学模型和计算方式。基于频率的疲劳分析依赖于快速傅里叶变换(FFT)和线性累积损伤模型(如Miner准则),在频域内处理载荷谱。线性S-N曲线是频域疲劳分析的一种合理近似,能够在精度和计算效率之间找到平衡。对于需要更高精度的疲劳分析(尤其是涉及非线性材料行为的情况),通常会使用基于时域的疲劳分析方法,这样可以更灵活地处理复杂的S-N曲线和材料模型。
该模型包括四个应变寿命参数和两个循环应力-应变参数。四个应变寿命参数,疲劳强度系数、疲劳强度指数、疲劳延性系数以及疲劳延性指数。详细介绍见疲劳极限及寿命曲线。