ANSYS WORKBENCH高周疲劳分析教程

"ANSYS WORKBENCH疲劳分析指南" 这篇指南主要聚焦于使用ANSYS WORKBENCH进行机械结构的疲劳分析。疲劳分析是预测结构在重复荷载作用下发生断裂可能性的重要工具，尤其对于那些承受高周疲劳和低周疲劳的组件。 1.1 疲劳概述 疲劳失效是许多工程结构失败的主要原因，它发生在材料经历大量循环加载时。疲劳分为两种主要类型：高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳发生在循环次数极高的情况下，应力通常低于材料的极限强度；而低周疲劳则在较低循环次数下出现，伴随着显著的塑性变形，适合用应变疲劳理论来分析。ANSYS WORKBENCH的疲劳模块主要关注基于应力疲劳的高周疲劳分析。 1.2 恒定振幅载荷 在疲劳分析中，恒定振幅载荷是最基础的情况，即最大和最小应力水平保持不变。这是疲劳分析的起点，因为它简化了问题，使计算更为直接。 1.3 成比例载荷与非比例载荷 载荷可分为比例载荷和非比例载荷。比例载荷的主应力比例是固定的，便于计算，而非比例载荷则没有这种关系，可能涉及不同工况间的交替、静载荷与交变载荷的叠加，或非线性边界条件。 1.4 应力定义 在疲劳分析中，关键参数包括应力范围Δσ（最大和最小应力之差）、平均应力σm（最大和最小应力的平均值）、应力幅σa（Δσ的一半）以及应力比R（最小应力与最大应力的比例）。这些参数对于理解载荷循环的特性至关重要，例如对称循环和脉动循环。 1.5 应力-寿命曲线 应力-寿命曲线（S-N曲线）是描述材料疲劳性能的基础，它显示了在特定循环次数下材料能够承受的最大应力。这条曲线帮助工程师评估在不同应力水平下结构的疲劳寿命，从而进行安全设计和寿命预测。 通过ANSYS WORKBENCH的疲劳模块，用户可以模拟各种类型的载荷，分析应力分布，计算疲劳寿命，并依据S-N曲线确定结构的安全性。这一模块提供了对复杂工程问题的深入洞察，是机械设计和分析中的重要工具。