利用ANSYS隨機(jī)振動(dòng)分析功能實(shí)現(xiàn)隨機(jī)疲勞分析

1、利用ANSYS隨機(jī)振動(dòng)分析功能實(shí)現(xiàn)隨機(jī)疲勞分析    ANSYS隨機(jī)振動(dòng)分析功能可以獲得結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)過(guò)程的各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)（如：均值、均方根和平均頻率等），根據(jù)各種隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測(cè)理論就可以成功地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)疲勞壽命。本文介紹了ANSYS隨機(jī)振動(dòng)分析功能，以及利用該功能，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累計(jì)損傷定律的三區(qū)間法進(jìn)行ANSYS隨機(jī)疲勞計(jì)算的具體過(guò)程。 隨機(jī)疲勞現(xiàn)象普遍存在    在工程應(yīng)用中，汽車、飛行器、船舶以及其它各種機(jī)械或零部件，大多是在隨機(jī)載荷作用下工作，當(dāng)它們承受的應(yīng)力水平較高，工作達(dá)到一定時(shí)間后，經(jīng)常會(huì)突

2、然發(fā)生隨機(jī)疲勞破壞，往往造成災(zāi)難性的后果。因此，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)或零部件的隨機(jī)疲勞壽命是非常有必要的。 2ANSYS隨機(jī)振動(dòng)分析功能介紹 ANSYS隨機(jī)振動(dòng)分析功能十分強(qiáng)大，主要表現(xiàn)在以下方面： 1. 具有位移、速度、加速度、力和壓力等PSD類型； 2. 能夠考慮a阻尼、b阻尼、恒定阻尼比和頻率相關(guān)阻尼比； 3. 能夠定義基礎(chǔ)和節(jié)點(diǎn)PSD激勵(lì)； 4. 能夠考慮多個(gè)PSD激勵(lì)之間的相關(guān)程度：共譜值、二次譜值、空間關(guān)系和波傳播關(guān)系等； 5. 能夠得到位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力的三種結(jié)果數(shù)據(jù)： 1s位移解，1s速度解 和1s加速度解； 3利用ANSYS隨機(jī)振動(dòng)分析功能進(jìn)行疲勞分析的一般原理  

3、 在工程界，疲勞計(jì)算廣泛采用名義應(yīng)力法，即以S-N曲線為依據(jù)進(jìn)行壽命估算的方法，可以直接得到總壽命。下面圍繞該方法舉例說(shuō)明ANSYS隨機(jī)疲勞分析的一般原理。   當(dāng)應(yīng)力歷程是隨機(jī)過(guò)程時(shí)，疲勞計(jì)算相對(duì)比較復(fù)雜。但已經(jīng)有許多種分析方法，這里僅介紹一種比較簡(jiǎn)單的方法，即Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累計(jì)損傷定律的三區(qū)間法（應(yīng)力區(qū)間如圖1所示）：  應(yīng)力區(qū)間  發(fā)生的時(shí)間 -1s +1s  68.3%的時(shí)間 -2s +2s  27.1%的時(shí)間 -3s +3s 4.33%的時(shí)間 99.73%    大于

4、3s的應(yīng)力僅僅發(fā)生在0.27%的時(shí)間內(nèi)，假定其不造成任何損傷。在利用Miner定律進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)，將應(yīng)力處理成上述3個(gè)水平，總體損傷的計(jì)算公式就可以寫成：其中： ：等于或低于1s水平的實(shí)際循環(huán)數(shù)目（0.6831 ）；：等于或低于2s水平的實(shí)際循環(huán)數(shù)目（0.271 ）；：等于或低于3s水平的實(shí)際循環(huán)數(shù)目（0.0433 ）；, , ：根據(jù)疲勞曲線查得的1s、2s和3s應(yīng)力水平分別對(duì)應(yīng)許可循環(huán)的次數(shù)。   綜上所述，針對(duì)Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累計(jì)損傷定律的三區(qū)間法的ANSYS隨機(jī)疲勞分析的一般過(guò)程是：(1) 計(jì)算感興趣的應(yīng)力分量的統(tǒng)計(jì)平均頻率(應(yīng)力速度/應(yīng)力)；(2) 基于期望(工作)壽命和統(tǒng)計(jì)平均頻率，計(jì)算1 ，2 和3 水平下的循環(huán)次數(shù) 、 和 ；(3) 基于S-N曲線查表得到 、 和