ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章.doc

第三章不稳定振幅的疲劳
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。
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。
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。
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。

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。
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