ANSYS WORKBENCH和DESIGNLIFE进行疲劳分析
疲劳失效是机械零部件失效的主要形式。如何对这些结构进行有效的疲劳分析，引起了很多产品设计工程师的关注。对于一般零部件的疲劳分析，并没有理论公式可以解决，几乎都是依据有限元技术以及疲劳分析技术。因此联合有限元分析软件和疲劳分析软件，对这些零部件进行疲劳分析，是解决这类问题的有效途径。ANSYS WORKBENH是世界上著名的以多物理场分析为特色的有限元分析软件，而DESIGNLIFE是NCODE公司的功能强大的疲劳分析软件。本文以材料力学中中一根变截面轴的弯扭组合的疲劳分析为例，说明如何联合这两款软件对之进行疲劳分析。问题描述如下：一根变截面轴，左边轴段（蓝色部分）固定，而在最右边轴段上（红色部分）施加一个1N的集中力（它导致弯曲变形）和一个1000Nmm的集中力偶（它导致扭转变形），对于这两种载荷的时间历程，使用力传感器进行测定94秒，得到如下图所示的时间历程曲线。上图中的红色曲线图反应了集中力随时间的变化规律，横坐标是时间，单位是秒，这里测试了94秒。而纵坐标是载荷的大小。从图中可以看出，最大的载荷是18KN左右，而且也可以看到，载荷的变化很不规则，并非理想的循环方式。而蓝色曲线反应的是集中力偶随时间变化的规律，其幅值在-2717到2834之间改变。该轴的材料已经给定，是碳钢SAE1045_390_QT.现在要求对该轴进行疲劳分析。使用WORKBENCH和DESIGNLIFE对之进行疲劳分析，分为两步。第一步是在WORKBENCH中建立有限元模型，并分别施加集中力和集中力偶，通过计算，得到两种情况的米塞斯应力，这相当于两种工况，这样可以得到ANSYS WORKBENCH的结构分析结果文件*.rst.第二步在DESIGNLIFE中进行，首先根据疲劳分析的五框图，构造疲劳分析流程，然后分别设定各个框图的属性，即有限元结果文件，载荷文件，材料文件，疲劳分析选项，然后启动分析，通过后处理以查看轴上各点的疲劳寿命。1. WORKBENCH中建立有限元模型并进行分析。（1）使用designmodeler创建几何模型。（2）设置材料属性。（3）划分网格。（4）设置分析选项。这里设置两个载荷步，其目的只是分开弯曲和扭转这两种工况。（5）设置固定边界条件（6）施加集中力和集中力偶。第一个载荷步施加集中力，而第二个载荷步施加集中力偶。（7）分析。（8）得到两种情况的米塞斯应力。左边的云图取自第一个载荷步，它是弯曲产生的应力云图。右边的云图来自第二个载荷步，它是扭转产生的应力云图。计算完毕后，保存结果，退出ANSYS WORKBENCH.2. DESIGNLIFE中的疲劳分析。（1）绘制疲劳分析流程图。打开designlife，创建分析流程图如下。该流程图中，左边时输入（左上是有限元结果输入，左下是载荷的时间历程曲线输入），中间是疲劳分析模块（这里是应变寿命疲劳分析），右边是输出（右上是有限元分析结果显示，右下是列表输出危险点的情况）。（2）关联有限元分析结果文件把可以用的数据中的有限元分析结果拖入到有限元输入框，建立关联。（3）关联载荷文件把可以用的数据中的载荷时间历程文件拖入到时间序列输入框，建立关联。（4）进行材料映射（5）进行载荷映射把第一种载荷工况（弯曲工况）与第一个时间序列建立关联。它表明了该集中力在按照此载荷时间历程发生改变。同理，把第二种载荷工况（弯曲工况）与第二个时间序列建立关联。它表明了该集中力在按照此载荷时间历程发生改变。（6）设置分析选项设置应力单位为pa。（7）进行分析（8）后处理。
来源：CAE技术联盟
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