上一期我们介绍了OptiStruct疲劳分析中的功能和所要用到的疲劳卡片也提到了OptiStruct中可以做很多类型的疲劳分析按失效周次分类可以分为低周疲劳高周疲劳和无限寿命疲劳按应力状态分可以分为单轴疲劳和多轴疲劳也可以按照其他类别进行分类。那么今天就用一个例子来介绍下单轴疲劳以及多轴疲劳如何在OptiStruct中实现。单轴疲劳单轴疲劳即单向循环应力作用下的疲劳。上图是OptiStruct中需要设置的各种卡片包括载荷曲线的定义材料S-N曲线的输入及调整以及一些控制参数的设置。但是这需要我们自行进行多个卡片的设置比较繁琐。那么在OptiStruct中内置了疲劳分析的流程管理器可以在界面中选取参数并自动创建卡片。需要注意的是当前2017版本中的流程管理器仅能对单轴S-N/E-N疲劳进行设置如果是其他类型的疲劳计算可在流程管理器设置结束后进行相关卡片的修改。下面介绍下用疲劳流程管理器来做疲劳分析的整个流程。这次要用到的模型如下图。有限元模型在惯性释放状态下受X方向载荷作用。我们需要计算紫色部位的疲劳寿命。进入流程管理器在tools中选择进入Fatigue Process创建新的session。整个流程如下所示➡导入文件当已经打开了hm/导入了fem文件后可以直接跳过。➡创建疲劳工况➡设置分析参数在这一步中可以选择1.分析类型Analysis Type即高周疲劳S-N低周疲劳E-N。2. 等效应力(Stress combination method) 绝对值最大主应力带符号的Mises应力等根据材料的不同等效应力的选取也不同。通常对于脆性材料的疲劳破坏多采用带绝对值的最大主应力准则对于延性材料多采用带符号的Mises应力准则。带符号的Mises应力是为了区分拉应力/压应力 。3. 平均应力的修正方法(Mean stress correction)GOODMAN, GERBER,GERBER2。考虑了拉应力/压应力对疲劳寿命的影响。4. 应力的单位(FEA stress unit)MpaPa等。5. 雨流法计数法应用对象(Rainflow type)LOAD/STRESS如果是单轴疲劳可以选择LOAD/STRESS。直接对LOAD而不是应力进行计数结果精确性稍差但是效率更高。如果是多轴情况则必须选择STRESS。6. 过滤Gate滤除较小峰值波动通常可能是噪声的影响。7.存活率(Certainty of survival)即单边置信度的取值8. 塑性修正Plasticity correctionE-N疲劳计算时需要进行应力修正。默认neuber修正。➡定义用于疲劳计算的单元及SN曲线这一步中我们将定义用于疲劳计算的单元类型以及SN/EN曲线。这里需要注意的是当前版本单元类型PSHELL,PSOLID,ELEMENT SET。如果是焊点焊缝的话需要后面修改。如果没有准确曲线OptiStruct提供常用材料的S-N/E-N近似曲线。➡载荷定义载荷曲线的定义可以通过输入点的方式也可以是直接读取已有的csv曲线。上面一步中导入的载荷曲线即下式中的P(t)还需要进行比例缩放平移以及和实际有限元计算的应力结果相乘后面流程管理器还可以进行1. 保存提交运算2. 查看后处理结果首先进行模型检查或修改。可以在Load collector以及material中看到流程管理器已经创建了相应的卡片。关于用于疲劳计算的材料和单元➡MATFATMATFAT卡片是在疲劳单元的原材料的基础上加上了MATFAT关键字。定义SN曲线。如果是E-N或者其他疲劳类型那么可以切换为相应的类型。➡PFAT定义表面粗糙度等对S-N曲线的修正。➡FATDEF定义疲劳单元可以是用属性/elem set进行定义的。载荷历程这里用于疲劳计算的载荷公式是公式里的最后用于计算的是等效应力这里用的是带符号的mises应力, 这里的符号指绝对值最大的主应力的符号。这里是先施加了的载荷序列是FATLOAD1,然后施加了FATLOAD2.如果是下面这种情况需要注意的是最后的应力是不一样的应该是控制参数这里包括设置分析类型存活率平均应力修正等参数的设定。提交运算后在HyperView中可以查看寿命及损伤量的结果。多轴疲劳多轴疲劳即多向应力或应变下的疲劳。在上面的例子中都是单轴疲劳的情况。而工程零件通常都是在多轴疲劳载荷作用下工作应力主轴可能随着时间发生变化。那么多轴疲劳和单轴疲劳有何区别呢在做单轴疲劳时OptiStruct是将应力张量转换为等效应力并进行疲劳寿命评估而在多轴疲劳时则直接使用应力张量。在OptiStruct中利用临界平面法进行多轴疲劳评估。即每隔10°搜索一个临界面根据临界面上的应力应变评估该临界面上的疲劳寿命最终的疲劳寿命为最危险的临界面上的寿命。3. 多轴疲劳只关心表面应力如果受拉伸则裂纹沿与表面垂直方向如果是由于剪切则与表面成45°。应力准则拉伸对应GOODMAN模型剪切对应FINDLEY模型。应变准则拉伸对应Smith-Watson-Topper 剪切对应Fatemi-Socie model /Brown-Miller。我们继续使用上面单轴疲劳分析的模型但是此时加上多个工况如下所示。那么在流程管理器中设置完以上单轴疲劳内容后对已生成的卡片进行修改。只需要在载荷历程和控制参数进行修改即可。如果涉及剪切失效则需要在MATFAT卡片设置剪切疲劳强度系数。载荷历程此时需要针对每个载荷求得的应力计算下方公式即设置多个FATLOAD⬇即10个应力叠加后的应力张量用于寿命计算。这里将FATSEQ中设置为重复100次event1。控制参数MATLFAT临界平面法。MDMGMDL失效模型GOODMAN/FINDLEYCHK: 在实体表面生成壳多轴疲劳寿命估算结果注意当Damage1时结构就已经破坏这是因为我们已经设置了100次event1。可以看到单轴和多轴状态下易发生疲劳断裂的位置也不尽相同。【相关内容】基于 OptiStruct 的前桥法兰盘轮毂结构拓扑优化某轿车转向系统NVH性能分析与优化某重型自卸车前置油缸固定支座断裂分析及改进