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第13章 疲劳 13.1 疲劳的定义 疲劳是结构在承受低于其极限载荷的力的反复作用下发生破裂的现 象。例如，一根钢条或许可以承受只有 300KN 的静态拉力的作用，但在 200KN 的力的反复作用下，就很可能发生破坏。 引起疲劳失效的主要因素包括： · 经历的载荷周期数； · 单周期内应力的变化幅度； · 单周期内的平均应力； · 局部应力集中的存在。 当计算在预计的生命周期中某个部分的耗用状况时，一个正式的疲劳评 估要涉及以上任何一个因素。 13.1.1 ANSYS 程序的任务 ANSYS 疲劳计算是以 ASME 锅炉与压力容器规范的第 3 部分（和第 8 部分第二章）为依据，采用了简化了的弹塑性假设和 Miner 累积疲劳准则。 除了基于ASME规范的疲劳计算外，用户也可以自己定义宏指令，或者 ANSYS 用合适的第三方程序与ANSYS 分析结果相接。（更多信息请参考 APDL程序指南） ANSYS有以下疲劳计算能力： · 用户可以对现有的应力结果进行后处理来确定任何实体单元和壳单元的 疲劳耗用因数（对线单元模型疲劳分析用户也可以手工输入应力）。 ·用户可以在预先选定的位置上确定一定数目的事件以及这些事件中的载 荷，然后保存这些位置上的应力。 ·用户可以为每个位置定义应力集中系数和给每个事件定义比例因数。 13.1.2 基本术语 位置 在模型上所要保存疲劳应力的节点。用户通常可以选取结构上 易于发生疲劳破坏的的点的位置。 事件 是在某个特定的应力循环中出现在不同的时刻的一系列应力状 态。更多信息请参考本章后面的获取精确耗用系数指南。 载荷 一个应力状态，是事件的一部分。 交变应力强度是任何两个载荷间的应力状态的差的测量值，程序不因平 均应力的影响而调整交变应力强度。 13.2 疲劳计算的步骤 疲劳计算是应力计算结束后在通用后处理器 POST1 中进行的。通常包 括以下五个主要步骤： 1. 进入通用后处理 POST1 ，恢复数据库； 2. 设定尺寸（位置﹑事件和载荷的数目），定义疲劳材料特性，确定应 力位置，定义应力集中因数。 3. 保存感兴趣的位置上不同的事件和载荷的应力，指定事件循环和比 例因数。 4. 激活疲劳计算。 5. 查看结果。 13.2.1 进入通用后处理 POST1，恢复数据库 为了进行疲劳计算，你须要遵循以下步骤： 1. 进入 POST1. 命令： /POST1 GUI ： Main Menu General Postproc 2. 把数据库文件（jobname.db ）读入正运行的内存中。(如果您的疲劳计算 是接着应力计算进行的，那么数据库文件就已经在内存中了) ，还需要一 个含有节点应力的结果文件（jobname.rst ）,你可以随后读入。 命令：RESUME GUI ： Utility Menu File Resume from 13.2.2 设定大小，疲劳材料性质和位置 定义以下数据： ·位置﹑事件和载荷的数的最大值； ·疲劳材料性质； ·应力位置和应力集中因数。 1. 定义应力位置﹑事件和载荷的数的最大值。 在默认的条件下，最多可以考虑 5 个节点位置，10 个事件，每个事件中 3 个载荷。必要时，用户可以通过以下选项设置更多数目（也就是允许更多的位 置﹑事件或节点）。 命令： FTSIZE GUI ： Main Menu General Postproc Fatigue Size Settings 2. 定义材料疲劳特性 为了计算疲劳耗用因数和考虑弹塑性简化计算的影响，用户必须定义材 料疲劳特性。在疲劳评价中感兴趣的材料特性有： · S-N曲线.即交变应力强度((Smax - Smin)/2)和允许循环次数曲线。ASME S-N 曲线解决了最大平均应力的影响。必要时，用户应该调整S-N曲线来解决平 均应力的影响。如果没