Creo Ansys Simulation 中的疲劳分析
关于疲劳分析
Creo Ansys Simulation 中的疲劳分析可使用现有结构解决方案中的应力或应变结果来评估疲劳寿命、疲劳损伤和安全系数。疲劳是对求解的结构结果执行的后处理计算。
疲劳行为定义疲劳计算的执行方式。其中包括疲劳方法、载荷定义、应力或应变分量以及与寿命相关的参数。每个疲劳结果参考一个单独的疲劳行为。
运行疲劳研究的先决条件
• 在定义疲劳行为或结果之前，必须首先定义静态或瞬态结构分析。
• 模型必须仅包含用于疲劳评估的实体几何。不支持梁、壳和壳对理想化。参考必须是主体或元件。
• 确保在定义疲劳结果之前定义所有必需的疲劳材料属性。
• 定义疲劳行为、疲劳结果和运行疲劳分析需要高级 Creo Ansys Simulation 许可证。
定义疲劳材料属性
在计算疲劳结果之前，必须为分配给模型的任何材料定义疲劳材料属性。修改现有材料或创建新材料。在“材料定义”(Material Definition) 对话框的“疲劳”(Fatigue) 区域中定义以下属性：
• “应力寿命曲线”(Stress Life Curve) - 应力寿命 (S-N) 曲线定义弹性 (高循环) 疲劳条件下交替应力振幅与失效循环次数之间的关系。它有助于预测材料在循环载荷条件下的疲劳寿命。将应力寿命曲线定义为应力振幅与疲劳失效循环次数的表函数。应力振幅值必须为正。应力幅度和循环次数必须使用相同的标度 - 线性或对数。(不支持应力振幅为线性，循环次数为对数，反之亦然)。
• “强度系数”(Strength Coefficient) - 强度系数是应变-寿命 (ε-N) 方程中的疲劳强度截距。它表示从疲劳曲线的弹性部分外推的一次反转 (2N = 1) 时的应力振幅。在弹性状态下，材料强度系数值越高，其抵抗疲劳损伤的能力越好。
• “强度指数”(Strength Exponent) - 强度指数以对数-对数标度定义应变寿命曲线弹性部分的斜率。强度的负值越大，表示斜率越陡，指示疲劳寿命在应力作用下缩短得更快。
• “延性系数”(Ductility Coefficient) - 延性系数表示疲劳延性截距，对应于一次反向循环下的塑性应变振幅。它用于应变寿命疲劳分析，表示塑性应变对疲劳寿命的作用。延性系数值越高，意味着材料在失效前可承受的塑性变形越大。
• “延性指数”(Ductility Exponent) - 延性指数定义应变寿命曲线塑性部分的斜率。它仅用于应变-寿命疲劳，并控制疲劳寿命随塑性应变增大而缩短的速度。延性指数的值通常为负数。延性指数的负值越大，意味着材料在塑性变形下失去疲劳寿命的速度越快。
• “循环强度系数”(Cyclic Strength Coefficient) - 循环强度系数用于定义在稳定循环载荷下产生单位塑性应变所需的应力。它用于循环应力-应变行为，并且需要将弹性应力转换为循环塑性应变。它对于应变寿命疲劳和平均应力修正很重要。循环强度系数的值越高，意味着对循环塑性变形的抵抗力越高。
• “循环应变硬化指数”(Cyclic Strain Hardening Exponent) - 循环应变硬化指数定义循环应力-应变曲线的非线性。与循环强度系数一起使用时，它用于控制在循环载荷作用下应力如何随塑性应变增加。它影响应变振幅，且会用于疲劳寿命计算中。循环应变硬化指数值越高表示循环应变硬化越强，而该值越低表示材料在循环载荷作用下更容易软化。
运行疲劳分析
步骤 1：运行结构分析
1. 创建结构研究并应用载荷、约束和材料。
2. 运行仿真研究并校验是否可取得应力或应变结果。
步骤 2：定义疲劳行为
1. 单击“定义结果”(Define Results) 旁的箭头，然后选择 
“疲劳行为”(Fatigue Behavior)。
“疲劳行为”(Fatigue Behavior)。2. 在“疲劳行为”(Fatigue Behavior) 对话框中，选择下列分析类型之一：
◦ “应力寿命”(Stress life) - 应力寿命通常用于高周疲劳，并使用应力结果和应力寿命曲线计算疲劳。
◦ “应变寿命”(Strain life) - 应变寿命通常用于低周疲劳，并使用基于应变的方程。对于此方法，必须定义无限寿命限制和其他应变寿命参数。
3. 从“分量”(Component) 列表中选择用于疲劳计算的应力或应变分量。
4. 选择以下加载类型选项之一：
◦ “完全反转”(Fully reversed) - 这是平均值为零的恒定振幅载荷。最大应力 (或应变) 在相等拉伸和压缩之间对称地交替。
◦ “零”(Zero) - 在此类型的恒定振幅载荷中，应力在零到正值之间变化。它具有非零平均应力值。
◦ “比率”(Ratio) - 在此类型的恒定振幅载荷中，应力在由载荷比率定义的两个值之间变化。
对于“零”(Zero) 或“比率”(Ratio) 加载类型，请指定以下设置：
◦ “平均应力理论”(Mean stress theory) - 可从应力寿命行为类型值 None、Goodman 或 Gerber 中进行选择。在选择用于疲劳行为的平均应力理论时，请参阅在疲劳设计中选取适当的平均应力修正主题作为参考。
对于应变寿命行为类型，请从 None、Morrow 或 SWT 中选取。
◦ “载荷比率”(Loading ratio) - 指定载荷比率。载荷比率为 3 表示应力或应变在实际振幅与 3 倍振幅之间发生变化，其中平均值为振幅的两倍。
5. 指定比例因子，该因子是平均值和交替值的乘数因子。
6. 指定以下附加设置的值：
◦ “无限寿命”(Infinite life) - 这是应变寿命分析类型的最长寿命。
◦ “设计寿命”(Design life) - 指定模型的设计寿命。
◦ “寿命单位”(Life units) - 选择寿命单位。值可以为块、天、分钟、秒等。
7. 单击“确定”(OK) 创建疲劳行为。
步骤 3：定义疲劳结果
1. 单击 > 
“轮廓图”(Contour Plot)。
“轮廓图”(Contour Plot)。2. 从“结果类型”(Results type) 列表中选择“其他”(Others) 以打开“其他结果类型”(Other Result Types) 对话框。展开“疲劳”(Fatigue) 组并选择所需的疲劳结果。
3. 选择实体主体或元件作为参考。
4. 选择现有疲劳行为或新建一个疲劳行为。
5. 对于瞬态研究，请选择仿真步骤。
6. 单击“确定”(OK) 以计算并显示疲劳结果。
步骤 4：审阅并更新结果
疲劳结果显示为轮廓图。如果对疲劳行为进行了修改，则会在“模型树”中将所有关联结果标记为过期，且更新后必须对这些结果进行重新评估。
支持的疲劳结果
疲劳结果仅作为用户定义的轮廓图提供。疲劳结果不支持矢量图和探测。
可为疲劳行为定义以下疲劳结果：
• 双轴指示
• 等效交替应力。将应力-寿命疲劳行为用于等效交替应力结果。
• 疲劳损伤
• 疲劳寿命
• 安全系数
有关解释这些结果的详情，请参阅主题解释疲劳研究中的结果