在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)品的壽命和可靠性成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的焦點(diǎn)。每年因結(jié)構(gòu)疲勞，大量產(chǎn)品在其有效壽命期內(nèi)報(bào)廢，由于疲勞破壞而造成的惡性事故也時(shí)有出現(xiàn)，因此許多企業(yè)將耐久性定為產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，機(jī)械產(chǎn)品的疲勞壽命通常通過物理樣機(jī)的耐久性試驗(yàn)得到，不但耗資巨大，而且許多與失效相關(guān)的參數(shù)也不能在試驗(yàn)中得出，試驗(yàn)結(jié)論往往受許多偶然因素的影響。產(chǎn)品投放市場(chǎng)后，耐久性問題的出現(xiàn)造成許多新產(chǎn)品失去競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和企業(yè)形象損失。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而誕生的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，使企業(yè)以較低的成本設(shè)計(jì)出高耐久性產(chǎn)品成為可能。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段采用AWE(ANSYS Workbench Environment) Fatigue，可以在物理樣機(jī)制造之前進(jìn)行疲勞分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)產(chǎn)品壽命，真正實(shí)現(xiàn)等壽命周期設(shè)計(jì)，并可極大降低制造物理樣機(jī)和進(jìn)行耐久性試驗(yàn)所帶來的巨額研發(fā)費(fèi)用。

疲勞分析定義

疲勞是指結(jié)構(gòu)在低于靜態(tài)極限強(qiáng)度載荷的重復(fù)載荷作用下，出現(xiàn)斷裂破壞的現(xiàn)象。例如，一根能夠承受300kN拉力作用的鋼桿，在200kN循環(huán)載荷作用下，經(jīng)歷1×10⁶次循環(huán)后也會(huì)破壞。導(dǎo)致疲勞破壞的主要因素如下：

• 載荷的循環(huán)次數(shù)；

• 每一個(gè)循環(huán)的應(yīng)力幅；

• 每一個(gè)循環(huán)的平均應(yīng)力；

• 存在局部應(yīng)力集中現(xiàn)象

真正的疲勞計(jì)算要考慮所有這些因素，因?yàn)樵陬A(yù)測(cè)其生命周期時(shí)，它計(jì)算某個(gè)部件的“消耗”是如何形成的。

AWE Fatigue程序處理疲勞問題的過程

AWE Fatigue疲勞計(jì)算以ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范(ASME Boiler and Pressure Vessel Code)作為計(jì)算依據(jù)，采用簡化了的彈塑性假設(shè)和Miner累積疲勞準(zhǔn)則。

除了根據(jù)ASME規(guī)范所建立的規(guī)則進(jìn)行疲勞計(jì)算外，用戶也可編寫自己的宏指令，或選用合適的第三方程序，利用AWE Fatigue計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行疲勞計(jì)算。AWE Fatigue程序的疲勞計(jì)算能力如下：

• 對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行后處理，以確定體單元或殼單元模型的疲勞壽命耗用系數(shù)(fatigue usage factors)(用于疲勞計(jì)算的線單元模型的應(yīng)力須用戶輸入)；

• 可以在一系列預(yù)先選定的位置上，確定一定數(shù)目的事件及組成這些事件的載荷，然后將這些位置上的應(yīng)力存儲(chǔ)起來；

• 可以在每一個(gè)位置上定義應(yīng)力集中系數(shù)和給每一個(gè)事件定力比例系數(shù)。

摘自《ANSYS Workbench設(shè)計(jì)、仿真及優(yōu)化》，作者：李兵、何正嘉、陳雪峰。

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總結(jié)

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