FEA软件：ANSYS二次开发_（16）.ANSYS二次开发应用案例分析.docx

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ANSYS二次开发应用案例分析

在上一节中，我们介绍了ANSYS二次开发的基本概念、开发环境的搭建以及常用开发工具的使用方法。接下来，我们将通过一系列实际应用案例，深入探讨ANSYS二次开发的具体实现方法和技术细节。这些案例将涵盖航空航天领域的典型问题，帮助读者更好地理解和应用ANSYS二次开发技术。

1.航空发动机叶片的疲劳寿命分析

1.1背景介绍

航空发动机叶片是发动机中至关重要的部件之一，其疲劳寿命直接影响到发动机的可靠性和安全性。在实际工程中，叶片在高温、高速旋转等复杂工况下会受到周期性的应力作用，从而导致疲劳损伤。通过ANSYS二次开发，可以实现对叶片疲劳寿命的高效、准确分析。

1.2技术原理

疲劳寿命分析的核心是应力-寿命（S-N）曲线和损伤累计模型。S-N曲线描述了材料在不同应力水平下的疲劳寿命，损伤累计模型则用于评估在多级载荷作用下的疲劳损伤。常见的损伤累计模型有Miner线性损伤累计模型和Coffin-Manson模型。

1.3实现步骤

建立模型：使用ANSYS建立航空发动机叶片的三维模型。

施加载荷：根据实际工况，施加周期性的机械载荷和热载荷。

求解分析：进行瞬态动力学分析和热力学分析，获取叶片在不同工况下的应力和应变分布。

疲劳寿命预测：利用S-N曲线和损伤累计模型，计算叶片的疲劳寿命。

1.4代码示例

以下是一个使用Python脚本调用ANSYSAPDL命令进行航空发动机叶片疲劳寿命分析的示例代码。

#导入必要的库

importansys.mapdl.coreasmapdl

importnumpyasnp

#连接到ANSYS

mapdl=mapdl.launch_mapdl()

#定义材料属性

mapdl.mp(ex,1,210E9)#弹性模量

mapdl.mp(dens,1,7800)#密度

mapdl.mp(nuxy,1,0.3)#泊松比

#建立三维模型

mapdl.prep7()

mapdl.et(1,SOLID186)#选择单元类型

mapdl.block(0,0.1,0,0.1,0,0.1)#创建叶片模型

mapdl.vmesh(all)#划分网格

#施加载荷

mapdl.fsel(S,NODE,,1)#选择节点

mapdl.nsel(S,LOC,Z,0)#选择在Z=0的节点

mapdl.d(all,UX,0)#固定节点在X方向的位移

mapdl.d(all,UY,0)#固定节点在Y方向的位移

mapdl.d(all,UZ,0)#固定节点在Z方向的位移

#施加周期性机械载荷

mapdl.f(10,FX,1000)#在节点10上施加1000N的X方向力

mapdl.f(10,FY,1000)#在节点10上施加1000N的Y方向力

mapdl.f(10,FZ,1000)#在节点10上施加1000N的Z方向力

#施加热载荷

mapdl.sf(all,TEMP,800)#在所有单元上施加800°C的温度

#求解分析

mapdl.solve()

mapdl.finish()

#读取应力和应变数据

mapdl.post1()

mapdl.set(1)

mapdl.prnsol(S,EQV)#打印等效应力

mapdl.prnsol(EPEL,EQV)#打印等效应变

#计算疲劳寿命

#假设材料的S-N曲线数据

stress_levels=np.array([100,200,300,400,500])

life_cycles=np.array([1E7,1E6,1E5,1E4,1E3])

#读取等效应力

eqv_stress=mapdl.get_array(S,EQV)

#计算损伤

damage=0

foriinrange(len(stress_levels)):

ifeqv_stressstress_levels[i]:

damage+=(eqv_stress/stress_levels[i])**3/life_cycles[i]

#输出疲劳寿命

ifdamage1:

fatigue_life=1/damage

else:

fatigue_life=0#材料已经失效

pri