目 录
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- 一、前言
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- 1.1 问题概述
- 1.2 交变载荷谱
- 1.3 单位荷载取值
- 1.4 材料力学解答
- 1.5 nCode输入文件/分析流程
- 二、有限元分析
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- 2.1 模型信息
- 2.2 荷载工况
- 2.3 ANSYS/APDL
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- 2.3.1 前处理
- 2.3.2 加载与求解
- 2.3.3 结果分析
- 2.3.4 rst的合并
- 2.4 Abaqus/Python
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- 2.4.1 前处理
- 2.4.2 加载与求解
- 2.4.3 结果分析
- 2.5 结果对比
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- 2.5.1 结果-工况对应关系
- 2.5.2 监测点正应力对比
- 2.5.3 Mises应力云图对比
- 2.6 疲劳计算用有限元结果文件的生成
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- 2.6.1 rst文件的生成
- 2.6.2 odb文件的生成
- 三、FEInput/有限元结果的导入
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- 3.1 结果间的对应关系
- 3.2 群组/Groups
- 四、MXD材料数据库
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- 4.1 材性.xml文件的创建
- 4.2 执行.xml转.mxd的Batch文件的创建/.bat文件
- 五、载荷时序的处理
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- 5.1 雨流计数
- 5.2 原始载荷时序的过滤
- 5.3 过滤后载荷时序的拆分
- 5.4 计算用时序荷载的创建
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- 5.4.1 设置文件的创建/.ast文件
- 5.4.3 执行txt转s3t的Batch文件的创建/.bat文件
- 六、载荷通道与有限元结果间的匹配/.dcy文件的创建
- 七、作业设置/提交计算
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- 7.1 作业(求解器)设置/.dcl文件的创建
- 7.2 提交计算/.bat文件的创建
- 八、后处理
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- 8.1 损伤云图/.hyp
- 8.2 结果 告/.csv
- 九、致谢
- 十、尾声
- 十一、参考文献
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一、前言
??高周疲劳 ( high cycle fatigue, HCF )： 在循环应力水平较低时，弹性应变起主导作用，此时疲劳寿命较长，断裂前的应力循环次数 ?? ≥ 5×104，断裂应力水平较低，明显低于屈服强度，?? y 。(应力疲劳)，高周疲劳失效时，应力水平低，疲劳寿命长。
1.1 问题概述
??悬臂梁长度为 360 mm，其横截面尺寸为 H×B = 12mm×6mm。材料为钢材，牌 为 Q235B，其弹性模量为 200 Gpa，泊松比设置为 0 (实际上为0.3) 。在动荷载施加前，悬臂梁上作用有轴向 720 N 的预压力，竖向 10 N 的恒荷载，如下图所示。
??在材料力学中，推导梁的弯曲正应力时，除了采用平截面假定外，还默认材料的泊松比为 0，即认为横截面两个方向上的变形相互独立互不影响。因此，为了能严格的和理论解答做对比，在有限元建模时，材料的泊松比设置为 0。
1.2 交变载荷谱
??在悬臂梁自由端作用有动荷载，且 6 个自由度方向上的动荷载均为 标准正弦 荷载，荷载幅值如表 1 所示。
| 荷载分量 | 单位 | 荷载幅值1 | 荷载幅值2 | 荷载幅值3 |
|---|---|---|---|---|
| Fx | N | 350 | 700 | 1050 |
| Fy | N | 13 | 26 | 39 |
| Fz | N | 6 | 12 | 18 |
| Mx | N·mm | 800 | 1600 | 2400 |
| My | N·mm | 500 | 1000 | 1500 |
| Mz | N·mm | 750 | 1500 | 2250 |
??假设荷载幅值1、2 和 3 的循环次数分别为 1000 次、2000 次 和 3000 次， 且荷载的作用频率很低，可忽略荷载作用过程中悬臂梁产生的惯性力，悬臂梁的自振频率与动载作用频率也不相接近，即不会发生共振现象。
1.3 单位荷载取值
??采用 nCodeDL 进行疲劳分析时，所需要的输入文件之一是单位荷载作用下的有限元结果文件，该文件可来自 ANSYS、Abaqus 、MSC.NASTRAN 、IDEAS 和 LS-Dyna 等有限元分析软件。
| 荷载分量 | 单位荷载取值 | 荷载幅值1比例系数 | 荷载幅值2比例系数 | 荷载幅值3比例系数 |
|---|---|---|---|---|
| Fx | 100 N | 3.5 | 7.0 | 10.5 |
| Fy | 1 N | 13 | 26 | 39 |
| Fz | 1 N | 6 | 12 | 18 |
| Mx | 1000 N·mm | 0.8 | 1.6 | 2.4 |
| My | 1000 N·mm | 0.5 | 1.0 | 1.5 |
| Mz | 1000 N·mm | 0.75 | 1.5 | 2.25 |
??由上可得最终用于疲劳计算的荷载时序 *(实际为比例系数)，将其存储到 txt 中，相应的文件名为 TSLoads-Amp1-1000.txt、TSLoads-Amp2-2000.txt 和 TSLoads-Amp3-3000.txt，如下图所示。
1.4 材料力学解答
??轴向预应力 P、竖向恒荷载 G 及表 2 中各单位荷载单独作用下，悬臂梁中最大正应力理论解及(ANSYS)有限元解如表 3 所示。
| 荷载名称 | 荷载数值 | 理论解最大正应力 Sx
N/mm2 |
有限元解最大正应力 Sx
N/mm2 |
|---|---|---|---|
| P | -720 N | -10 | -10 |
| G | -10 N | 25 | 25.004 |
| Fx | 100 N | 1.389 | 1.390 |
| Fy | 1 N | 2.5 | 2.500 |
| Fz | 1 N | 5 | 5.000 |
| Mx | 1000 N·mm | — | 4.054 |
| My | 1000 N·mm | 13.889 | 14.025 |
| Mz | 1000 N·mm | 6.944 | 6.974 |
1.5 nCode输入文件/分析流程
??采用 nCodeDL 进行疲劳分析所需要的文件主要有：.rst文件/.odb文件、.mxd文件、.3st文件 。其中，.rst文件/.odb文件为有限元结果文件，来自相应分析软件进行的单位荷载作用下的有限元分析；.mxd文件为用户自定义材料属性文件，该文件描述材料的 SN 曲线；.3st文件为疲劳荷载时序文件，用于描述作用在结构/构件上的疲劳荷载情况。
二、有限元分析
2.1 模型信息
| 梁段 | 组件名称 | 单元类型 | 材料 |
|---|---|---|---|
| 前梁段 | PartAElems | 219 | 107 |
| 中梁段 | PartBElems | 250 | 132 |
| 后梁段 | PartCElems | 272 | 159 |
2.2 荷载工况
| 工况名称 | 加载信息 | 描述 | 备注 |
|---|---|---|---|
| LoadCase-00 | P + G | 轴向预压力荷载 + 竖向恒荷载 | P = -720 N G = -10 N |
| LoadCase-01 | P + G + Fx | 轴向预压力荷载 + 竖向恒荷载 + 沿 x 轴方向单位集中力 | Fx = 100 N |
| LoadCase-02 | P + G + Fy | 轴向预压力荷载 + 竖向恒荷载 + 沿 y 轴方向单位集中力 | Fy = 1 N |
| LoadCase-03 | P + G + Fz | 轴向预压力荷载 + 竖向恒荷载 + 沿 z 轴方向单位集中力 | Fz =1 N |
| LoadCase-04 | P + G + Mx | 轴向预压力荷载 + 竖向恒荷载 + 绕 x 轴方向的单位扭矩 | Mx = 1000 N·mm |
| LoadCase-05 | P + G + My | 轴向预压力荷载 + 竖向恒荷载 + 绕 y 轴方向的单位弯矩 | My = 1000 N·mm |
| LoadCase-06 | P + G + Mz | 轴向预压力荷载 + 竖向恒荷载 + 绕 z 轴方向的单位弯矩 | Mz = 1000 N·mm |
2.3 ANSYS/APDL
??rst文件的创建。APDL命令流如下。
??特别注意，同一构件的不同部分，无法通过赋予不同的材料编 、单元类型 等方式，在 nCode 中进行识别，只能拆成不同的部分建模 (可能是版本问题/非绝对)。
2.3.1 前处理
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