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利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析

作者:管理员    发布于:2014-12-23 02:33:22    文字:【】【】【

ANSYS随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数(如:均值、均方根和平均频率等),根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳寿命。本文介绍了ANSYS随机振动分析功能,以及利用该功能,按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行ANSYS随机疲劳计算的具体过程。 1.随机疲劳现象普遍存在 在工程应用中,汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件,大多是在随机载荷作用下工作,当它们承受的应力水平较高,工作达到一定时间后,经常会突然发生随机疲劳破坏,往往造成灾难性的后果。因此,预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。 2ANSYS随机振动分析功能介绍 ANSYS随机振动分析功能十分强大,主要表现在以下方面: 1. 具有位移、速度、加速度、力和压力等PSD类型; 2. 能够考虑a阻尼、b阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比; 3. 能够定义基础和节点PSD激励; 4. 能够考虑多个PSD激励之间的相关程度:共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等; 5. 能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据: 1s位移解,1s速度解 1s加速度解;

3.利用ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理 在工程界,疲劳计算广泛采用名义应力法,即以S-N曲线为依据进行寿命估算的方法,可以直接得到总寿命。下面围绕该方法举例说明ANSYS随机疲劳分析的一般原理。 当应力历程是随机过程时,疲劳计算相对比较复杂。但已经有许多种分析方法,这里仅介绍一种比较简单的方法,即Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法(应力区间如图1所示):

应力区间 发生的时间

-1s ~+1s 68.3%的时间

-2s ~+2s 27.1%的时间

-3s ~+3s 4.33%的时间

  99.73%

大于3s的应力仅仅发生在0.27%的时间内,假定其不造成任何损伤。在利用Miner定律进行疲劳计算时,将应力处理成上述3个水平,总体损伤的计算公式就可以写成: 其中:

:等于或低于1s水平的实际循环数目(0.6831 );

:等于或低于2s水平的实际循环数目(0.271 );

:等于或低于3s水平的实际循环数目(0.0433 );

, , :根据疲劳曲线查得的1s2s3s应力水平分别对应许可循环的次数。

综上所述,针对Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法的ANSYS随机疲劳分析的一般过程是:(1) 计算感兴趣的应力分量的统计平均频率(应力速度/应力)(2) 基于期望(工作)寿命和统计平均频率,计算1 2 3 水平下的循环次数 (3) 基于S-N曲线查表得到 (4) 计算疲劳寿命使用系数。显然,根据其他随机疲劳分析方法和ANSYS随机振动分析结果,我们还可以进行许多类似的疲劳分析计算。

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耦合及约束方程讲座一、耦合

当需要迫使两个或多个自由度取得相同(但未知)值,可以将这些自由度耦合在一起。耦合自由度集包含一个主自由度和一个或多个其它自由度。

典型的耦合自由度应用包括:

· 模型部分包含对称;

· 在两重复节点间形成销钉、铰链、万向节和滑动连接;

· 迫使模型的一部分表现为刚体。

如何生成耦合自由度集

1. 在给定节点处生成并修改耦合自由度集

命令:CP

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs

在生成一个耦合节点集之后,通过执行一个另外的耦合*作(保证用相同的参考编号集)将更多节点加到耦合集中来。也可用选择逻辑来耦合所选节点的相应自由度。用CP命令输入负的节点号来删除耦合集中的节点。要修改一耦合自由度集(即增、删节点或改变自由度标记)可用CPNGEN命令。(不能由GUI直接得到CPNBGEN命令)。

2. 耦合重合节点。

CPINTF命令通过在每对重合节点上定义自由度标记生成一耦合集而实现对模型中重合节点的耦合。此*作对扣紧几对节点(诸如一条缝处)尤为有用。

命令:CPINTF

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes

3. 除耦合重复节点外,还可用下列替换方法迫使节点有相同的表现方式:

o 如果对重复节点所有自由度都要进行耦合,常用NUMMRG命令(GUIMain Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items)合并节点。

o 可用EINTF命令(GUIMain Menu> Preprocessor>Create> Elements >At Coincid Nd)通在重复节点对之间生成2节点单元来连接它们。

o CEINTF命令(GUIMain Menu>Preprocessor> Coupling/Ceqn >Adjacent Regions)将两个有不相似网格模式的区域连接起来。这项*作使一个区域的选定节点与另一个区域的选定单元连接起来生成约束方程。

生成更多的耦合集

一旦有了一个或多个耦合集,可用这些方法生成另外的耦合集:

1. 用下列方法以相同的节点号但与已有模式集不同的自由度标记生成新的耦合集。

命令:CPLGEN

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same Nodes

2. 用下列方法生成与已有耦合集不同(均匀增加的)节点编号但有相同的自由度标记的新的耦合集:

命令:CPSGEN

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same DOF

使用耦合注意事项

1. 每个耦合的节点都在节点坐标系下进行耦合*作。通常应当保持节点坐标系的一致性。

2. 自由度是在一个集内耦合而不是集之间的耦合。不允许一个自由度出现在多于一个耦合集中。

3. D或共它约束命令指定的自由度值不能包括在耦合集中。

4. 在减缩自由度分析中,如果主自由度要从耦合自由度集中选取,只有主节点的自由度才能被指定为主自由度。

5. 在结构分析中,耦合自由度以生成一刚体区域有时会引起明显的平衡破坏。不重复的或不与耦合位移方向一致的一个耦合节点集会产生外加力矩但不出现在反力中。

 

 
 
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