车辆结构有限元分析中的应力疲劳分析实例

下面结合9.2.3节给出的例子进行随机载荷下的疲劳分析，基本的静力学模型与9.2.3节给出的例子相同，但是疲劳载荷F为随机载荷，如图9-63所示。

载荷的幅值F为4500N，为非恒幅载荷时间历程，平均载荷不为0。图9-64中，纵轴表示交变载荷幅值的倍数，横轴表示时间。

1.打开疲劳分析项目

启动ANSYS Workbench，打开随书光盘中的疲劳分析项目conrod-random-fatigue.wbpj，如图9-65所示。

2.对随机载荷下的疲劳分析进行设置

双击A4—Model，启动ANSYS Workbench Mechanical。在项目树中可以看到9.2.3节恒幅疲劳分析中的载荷条件、约束条件以及所有分析结果，如图9-66所示。

用鼠标右键单击模型树中的Solution（A6），在弹出的菜单中选择Insert﹥Fatigue﹥Fatigue Tool。在细节窗口（Details of Fatigue Tool 2）进行如下设置（图9-67）：

1）定义疲劳强度因子（Fatigue Strength Factor，K_f）为0.8。

2）定义疲劳载荷，选择文件SAEBracketHistory.dat。

3）定义比例系数为0.005（规范化载荷历程，以便使FEM载荷能够与载荷历程文件中的比例系数匹配）。

4）定义Goodman方法修正平均应力。

5）定义signed Von Mises应力，用于和疲劳材料数据进行比较（使用signed是由于Goodman理论处理负的和正的平均应力形式不同）。

6）定义bin size为32[雨流（Rainflow）和损伤矩阵（Damage matrices）是32×32]。

图9-63 连杆的约束与受力

图9-64 交变载荷F

图9-65 打开已有的疲劳分析项目

图9-66 恒幅载荷下的疲劳分析

图9-67 连杆随机疲劳分析的设置

插入疲劳寿命结果，用鼠标右键单击模型树中的﹥Fatigue Tool2，在弹出的菜单中选择Insert﹥﹥Fatigue﹥Life。

插入安全系数Safety Factor结果，用鼠标右键单击模型树中的﹥Fatigue Tool2﹥Insert﹥Fatigue﹥Safety Factor。

在细节窗口（Details of Safety Factor）设置设计寿命Design Life为1000次循环（图9-68）。

图9-68 定义设计寿命

插入疲劳敏感性（Fatigue Sensitivity）结果（图9-69）：用鼠标右键单击模型树中的﹥Fa-tigue Tool2﹥Fatigue﹥Fatigue Sensitivity，在Details of“Fatigue Sensitivity”窗口定义一个最小基本载荷变化幅度为50%（交变载荷为2250N）和一个最大基本载荷变化幅度为200%（交变载荷为9000N）。(www.xing528.com)

向Fatigue Tool添加双轴分析结果，用鼠标右键单击模型树中的Fatigue Tool2，在弹出的菜单中选择Insert﹥Fatigue﹥Biaxiality Indication。

插入雨流矩阵（RainflowMatrix）：用鼠标右键单击模型树中的Fatigue Tool2，在弹出的菜单中选择Insert﹥Fatigue﹥Rainflow Matrix。

插入损伤矩阵（Damage Matrix）：用鼠标右键单击模型树中的Fatigue Tool2，在弹出的菜单中选择Insert﹥Fatigue﹥Damage Matrix。

在Details of“Damage Matrix”窗口设置设计寿命Design Life为1000次循环（图9-70）。

图9-69 疲劳敏感性分析设置

图9-70 定义设计寿命

用鼠标右键单击模型树中的Static Structual（A5），在弹出的菜单中选择Solve，进行求解。

3.查看分析结果

用鼠标左键单击项目树中的Life，图形区显示疲劳寿命分析结果，如图9-71所示。

用鼠标左键单击模型树中的Safety Factor，画出设计寿命为1000次循环的安全系数（Safety Factor），如图9-72所示。

查看敏度分析结果，用鼠标左键单击模型树中的Fatigue Sensitivity，敏度计算结果如图9-73所示。

图9-71 疲劳寿命分析结果

图9-72 安全系数计算结果

查看双轴分析结果（Biaxiality Indication）。用鼠标左键单击模型树中的Biaxiality Indica-tion，显示结果如图9-74所示。

查看雨流矩阵（RainflowMatrix）。用鼠标左键单击模型树中的Rainflow Matrix，如图9-75所示。可以从雨流矩阵看出，循环次数（Cycle Counts）绝大多数集中在低平均应力和低应力幅（Range）。

查看损伤矩阵（Damage Matrix），用鼠标左键单击模型树中的Damage Matrix，如图9-76所示。

图9-73 敏度计算结果

图9-74 双轴分析结果（Biaxiality Indication）

图9-75 雨流矩阵

图9-76 损伤矩阵