ANSYS WORKBENCH和DESIGNLIFE进行疲劳分析

Claudia

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