《ANSYS Workbench疲劳教程》旨在指导工程师掌握如何利用ANSYS Workbench进行结构件的疲劳分析与寿命预测。通过实例详解软件操作技巧和工程应用策略，助力提高产品设计的安全性和可靠性。
### ANSYS Workbench 教程——疲劳分析详解
#### 一、疲劳概述及分类
**疲劳**是结构设计中的一个常见失效原因，特别是在长期承受重复加载的结构中尤为重要。根据加载循环次数的不同，可以将疲劳分为两种类型：高周疲劳和低周疲劳。
- **高周疲劳**：当结构经历大量的载荷循环（通常在1e4到1e9次之间），而每次循环中的应力水平低于材料极限强度时发生。这种情况下，一般采用基于应力的理论进行计算。
- **低周疲劳**：当循环次数较少且存在塑性变形的情况下，低周疲劳成为主要失效模式。此时，应变疲劳理论更为适用。
#### 二、疲劳模块及其应用
在ANSYS Workbench中，疲劳模块主要用于解决高周疲劳问题，即基于应力的分析方法。本章节将详细介绍如何使用该模块进行基本原理和操作步骤。
#### 三、载荷特性
- **恒定振幅载荷**：在整个加载过程中，最大和最小应力水平保持不变。
- **变化振幅或非恒定振幅载荷**：指在不同加载周期内应力水平发生变化的载荷类型。这种类型的载荷更加复杂但更接近实际工程中的情况。
#### 四、成比例与非成比例载荷
- **成比例载荷**：主应力之间的比例保持不变，这意味着载荷的变化不会显著改变应力分布。
- **非成比例载荷**：没有明确的主应力比关系。这类载荷包括交替变化的加载工况和交变载荷叠加在静载之上等情况。
#### 五、应力定义及计算
- **应力范围（Δσ）**：最大应力与最小应力之差。
- **平均应力（σm）**：最大应力与最小应力之和的一半。
- **应力幅（σa）**：等于一半的应力范围。
- **应力比（R）**：最小应力除以最大应力的比例值。
- **对称循环载荷**：当最大和最小绝对值相等且符号相反时，称为对称循环载荷。
- **脉动循环载荷**：在加载后撤去的周期性变化。
#### 六、应力—寿命曲线（S-N 曲线）
- **S-N曲线**描述了特定材料在不同应力水平下能够承受的最大循环次数。它基于试验数据建立，反映了疲劳性能。
- 影响因素包括材料性质、加工工艺和几何形状等都会影响到该曲线。
#### 七、疲劳模块的应用场景
- **恒定振幅比例载荷**：适用于大多数简单情况的分析案例。
- **变化振幅比例载荷**：适合复杂且随机的变化载荷条件下的分析需求。
- **恒定振幅非比例载荷**：用于处理具有非线性边界条件的情况。
#### 八、S-N曲线的应用
- 需要输入材料的S-N曲线数据，这些通常是通过疲劳试验获得的。
- 对于多轴应力状态，虽然通常基于单轴应力建立模型，但设计仿真软件提供了方法来考虑复杂情况下的计算准确性。
- 平均应力修正：不同的平均应力会影响疲劳寿命。支持不同条件下的输入和修正理论。
#### 九、疲劳分析流程
- **线性静力分析**：是进行疲劳分析的基础步骤。
- 完成后，自动执行疲劳模块中的相关分析任务。
- 对于非线性的模型，在处理这类问题时需要特别注意假设的合理性及准确性。
通过合理设置载荷条件和正确输入S-N曲线数据，并考虑实际工况下的影响因素，工程师能够有效地评估结构的疲劳性能并设计出更安全可靠的产品。
5星
