CAE分析大系 ANSYS nCode DesignLife疲勞分析基礎(chǔ)與實(shí)例教程

第1章 ANSYS nCode DesignLife 基礎(chǔ) 1
1．1 疲勞分析在工程設(shè)計(jì)中的重要性 1
1．2 ANSYS nCode DesignLife 軟件簡(jiǎn)介 1
1．3 ANSYS nCode DesignLife 疲勞分析流程 4
1．3．1 nCode DesignLife（Standalone）基本功能布局 4
1．3．2 ANSYS nCode DesignLife 預(yù)定義疲勞分析基本流程 8

第2章 ANSYS nCode DesignLife 有限元結(jié)果輸入與設(shè)置 14
2．1 疲勞分析與有限元求解結(jié)果 14
2．2 有限元輸入設(shè)置 15
2．3 有限元輸入分析組設(shè)置與定義 16
2．3．1 組的選擇與類型 16
2．3．2 材料組 18
2．3．3 零值忽略 19
2．3．4 求解定位 19
2．3．5 數(shù)據(jù)類型定義 20
2．3．6 僅表面節(jié)點(diǎn)計(jì)算 21
2．3．7 應(yīng)力梯度設(shè)置 21
2．3．8 ShellLayer 設(shè)置 22
2．3．9 IncludeSpotWeldNuggets 設(shè)置 23

第3章 ANSYS nCode DesignLife 載荷映射 24
3．1 載荷映射的啟動(dòng)方法 24
3．2 恒定幅值載荷映射 25
3．3 時(shí)間序列載荷映射 26
3．4 時(shí)間步長(zhǎng)載荷映射 27
3．5 混合載荷映射 28
3．6 振動(dòng)載荷映射 29
3．7 周期循環(huán)載荷映射 29
3．7．1 周期循環(huán)載荷創(chuàng)建方法 30
3．7．2 事件過程處理 30
3．7．3 事件輸出 31
3．8 ASCII 轉(zhuǎn)換 32
3．9 計(jì)劃創(chuàng)建 33
3．10 載荷譜簡(jiǎn)單創(chuàng)建實(shí)例 35
3．10．1 正弦時(shí)間序列載荷生成實(shí)例 35
3．10．2 信號(hào)重復(fù)設(shè)置生成時(shí)間序列載荷實(shí)例 38
3．10．3 創(chuàng)建一個(gè)3 通道的載荷譜文件實(shí)例 39
3．10．4 拆分一個(gè)2 通道載荷譜文件為單通道載荷文件 42

第4章 ANSYS nCode DesignLife 材料定義 46
4．1 ANSYS Workbench 工程數(shù)據(jù)定義基礎(chǔ) 46
4．1．1 Engineering Data 界面 46
4．1．2 定義材料參數(shù) 47
4．1．3 向材料庫(kù)添加新材料 48
4．1．4 賦予材料屬性 49
4．2 nCode 材料庫(kù)導(dǎo)入 49
4．3 ANSYS nCode DesignLife 材料配置 50
4．4 自定義材料 52
4．4．1 標(biāo)準(zhǔn)SN 曲線估算方法 52
4．4．2 標(biāo)準(zhǔn)EN 曲線估算方法 54
4．4．3 Dang Van 估算方法 58
4．4．4 材料管理器定義材料 58
4．5 材料比例因子和偏移 59
4．6 表面加工影響 60

第5章 ANSYS Mechanical 前處理基礎(chǔ) 62
5．1 幾何建模和幾何清理 62
5．1．1 ANSYS Workbench 幾何建模 62
5．1．2 DesignModeler 啟動(dòng)和CAD 文件交互 63
5．1．3 DesignModeler 交互界面 64
5．1．4 DesignModeler 主菜單欄 64
5．1．5 DesignModeler 工具欄 66
5．1．6 DesignModeler 草圖繪制 69
5．1．7 DesignModeler-3D 建模創(chuàng)建與工具 73
5．1．8 參數(shù)化建模 76
5．1．9 概念建模 79
5．2 網(wǎng)格劃分技術(shù)簡(jiǎn)述 83
5．2．1 全局網(wǎng)格控制 83
5．2．2 局部網(wǎng)格劃分控制 87
5．2．3 虛擬拓?fù)?93
5．2．4 預(yù)覽和生成網(wǎng)格 94
5．3 ANSYS Mechanical 分析基本流程 96
5．3．1 ANSYS Mechanical 概述 96
5．3．2 ANSYS Mechanical 分析基本步驟 96
5．3．3 ANSYS Mechanical 交互界面 96
5．3．4 導(dǎo)航樹默認(rèn)分支與操作流程說(shuō)明 99
5．3．5 其他基本前處理操作 101
5．4 幾何建模實(shí)例 103
5．5 幾何清理實(shí)例 110
5．5．1 渦輪機(jī)外殼結(jié)構(gòu)幾何清理簡(jiǎn)化實(shí)例（DM） 110
5．5．2 渦輪機(jī)外殼結(jié)構(gòu)幾何清理簡(jiǎn)化實(shí)例（SCDM） 114
5．6 網(wǎng)格劃分實(shí)例 123
5．6．1 裁紙凹模三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分 123
5．6．2 旋風(fēng)分離器網(wǎng)格劃分 125
5．6．3 簡(jiǎn)易形狀結(jié)構(gòu)快速網(wǎng)格劃分實(shí)例 128

第6章 ANSYS Mechanical 強(qiáng)度分析基礎(chǔ) 133
6．1 線性靜力學(xué)分析基礎(chǔ) 133
6．1．1 2D 平面問題 133
6．1．2 1D 桿與梁的問題 135
6．1．3 板殼和3D 結(jié)構(gòu)分析 136
6．2 線性靜力學(xué)分析流程 136
6．3 線性靜力學(xué)分析載荷與支撐 137
6．3．1 慣性載荷 137
6．3．2 載荷與約束 138
6．4 結(jié)果后處理 141
6．4．1 變形 142
6．4．2 應(yīng)力和應(yīng)變 142
6．4．3 線性化應(yīng)力 143
6．4．4 應(yīng)力工具 144
6．4．5 接觸工具 145
6．4．6 疲勞工具 145
6．4．7 梁工具 146
6．4．8 探測(cè) 146
6．4．9 用戶自定義結(jié)果 147
6．4．10 圖形顯示 147
6．4．11 求解組合 148
6．4．12 收斂 148
6．4．13 應(yīng)力奇異 149
6．5 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析基礎(chǔ) 149
6．5．1 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析特點(diǎn) 149
6．5．2 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析術(shù)語(yǔ) 150
6．6 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析求解技術(shù)（完全法） 151
6．6．1 瞬態(tài)分析中的非線性 151
6．6．2 Newton-Raphson 方程 151
6．6．3 載荷步、子步與平衡迭代 152
6．6．4 自動(dòng)時(shí)間步 152
6．6．5 完全法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的分析設(shè)置 153
6．6．6 初始條件設(shè)置（InitialConditions） 154
6．6．7 載荷與約束 155
6．6．8 運(yùn)動(dòng)副（Joints） 155
6．6．9 彈簧（Springs） 157
6．6．10 接觸對(duì)關(guān)系 157
6．6．11 約束方程 157

第7章 應(yīng)力疲勞分析基礎(chǔ) 158
7．1 應(yīng)力疲勞常用參量 158
7．2 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力疲勞分析流程 159
7．3 應(yīng)力疲勞計(jì)算方法 159
7．3．1 標(biāo)準(zhǔn)S-N 計(jì)算方法 160
7．3．2 多平均應(yīng)力曲線計(jì)算方法 161
7．3．3 多應(yīng)力比應(yīng)力曲線計(jì)算方法 162
7．3．4 Haigh 應(yīng)力曲線計(jì)算方法 163
7．4 應(yīng)力組合方法 164
7．5 平均應(yīng)力修正方法 165
7．6 插值極限 169
7．7 多軸評(píng)估 169
7．8 存活率 170
7．9 小循環(huán)修正 171
7．10 事件處理 172
7．11 應(yīng)力梯度修正 172
7．12 應(yīng)力疲勞分析實(shí)例 173
7．12．1 變化幅值（時(shí)序）載荷應(yīng)力疲勞實(shí)例 173
7．12．2 多體動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)力疲勞實(shí)例 178

第8章 應(yīng)變疲勞分析基礎(chǔ) 187
8．1 應(yīng)變疲勞EN 曲線 187
8．1．1 循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線 187
8．1．2 應(yīng)變壽命關(guān)系 189
8．1．3 ANSYS nCode DesignLife 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變壽命曲線定義 190
8．2 應(yīng)變疲勞方法 191
8．3 應(yīng)變組合方法 192
8．4 平均應(yīng)力修正 193
8．5 插值限制 194
8．6 多軸評(píng)估 195
8．7 彈塑性修正 195
8．8 塑性極限載荷修正 197
8．9 應(yīng)變疲勞分析實(shí)例 197
8．9．1 軸對(duì)稱圓柱缺口結(jié)構(gòu)應(yīng)變疲勞分析實(shí)例 197
8．9．2 Duty Cycle 載荷作用下的支架結(jié)構(gòu)應(yīng)變疲勞分析實(shí)例 204

第9章 隨機(jī)振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析基礎(chǔ) 212
9．1 模態(tài)分析 212
9．2 隨機(jī)振動(dòng)分析目的 213
9．3 功率譜密度PSD 213
9．4 隨機(jī)振動(dòng)分析基礎(chǔ) 215
9．5 ANSYS Mechanical 隨機(jī)振動(dòng)分析流程 217
9．6 隨機(jī)振動(dòng)疲勞 218
9．6．1 隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析搭建 218
9．6．2 隨機(jī)振動(dòng)載荷添加 218
9．6．3 隨機(jī)振動(dòng)計(jì)數(shù)方法 219
9．6．4 應(yīng)力組合方法 220
9．7 隨機(jī)振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析實(shí)例 220
9．7．1 車用杯架隨機(jī)振動(dòng)分析實(shí)例 220
9．7．2 某減震鋼片隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析實(shí)例 223

第10章 Dang Van 引擎分析基礎(chǔ) 228
10．1 Dang Van 準(zhǔn)則概述 228
10．2 Dang Van 材料說(shuō)明 229
10．3 標(biāo)準(zhǔn)Dang Van 準(zhǔn)則分析 231

第11章 熱機(jī)疲勞分析基礎(chǔ) 236
11．1 熱分析基礎(chǔ) 236
11．1．1 熱分析的目的 236
11．1．2 熱傳遞的3 種基本類型 236
11．1．3 熱力學(xué)第一定律 237
11．1．4 熱載荷與邊界條件 238
11．2 穩(wěn)態(tài)熱分析 239
11．3 瞬態(tài)熱分析與非線性 239
11．3．1 瞬態(tài)熱分析定義與考慮因素 239
11．3．2 瞬態(tài)熱分析控制方程 240
11．3．3 時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)與時(shí)間積分 240
11．3．4 非線性熱分析 242
11．3．5 初始條件 242
11．4 熱-結(jié)構(gòu)耦合分析 243
11．4．1 熱-結(jié)構(gòu)耦合分類 243
11．4．2 熱-結(jié)構(gòu)間接耦合分析設(shè)置 243
11．5 熱機(jī)蠕變疲勞基礎(chǔ)介紹 244
11．5．1 蠕變疲勞背景 244
11．5．2 蠕變分析方法 245
11．5．3 Larson-Miller 理論 247
11．5．4 Chaboche 方法 247
11．6 熱與熱機(jī)蠕變疲勞分析 250
11．6．1 軸對(duì)稱管結(jié)構(gòu)熱疲勞分析實(shí)例 250
11．6．2 熱機(jī)蠕變疲勞分析實(shí)例 260

第12章 焊點(diǎn)疲勞分析基礎(chǔ) 277
12．1 焊點(diǎn)疲勞分析背景 277
12．1．1 CBAR 焊點(diǎn) 277
12．1．2 ACM 焊點(diǎn) 278
12．1．3 五面體單元焊點(diǎn) 279
12．2 力和力矩的獲得 280
12．3 應(yīng)力計(jì)算評(píng)估 281
12．4 焊點(diǎn)疲勞求解引擎屬性 283
12．4．1 應(yīng)力組合方法 283
12．4．2 平均應(yīng)力修正 283
12．4．3 角度數(shù)量 284
12．4．4 中層薄板處理 284
12．5 焊點(diǎn)疲勞分析實(shí)例 285
12．5．1 焊點(diǎn)（CBAR）結(jié)構(gòu)疲勞分析實(shí)例 285
12．5．2 焊點(diǎn)（ACM）結(jié)構(gòu)疲勞分析實(shí)例 288

第13章 焊縫疲勞分析基礎(chǔ) 294
13．1 焊縫疲勞分析介紹 294
13．2 焊縫類型分組和模型創(chuàng)建準(zhǔn)則 295
13．2．1 角焊縫模型創(chuàng)建準(zhǔn)則 295
13．2．2 搭接焊與激光搭接焊（邊緣）模型創(chuàng)建準(zhǔn)則 296
13．2．3 激光搭接焊（熔化）模型創(chuàng)建準(zhǔn)則 297
13．3 焊縫計(jì)算要點(diǎn)與應(yīng)力提取 297
13．3．1 計(jì)算要點(diǎn)和應(yīng)力提取通用過程 297
13．3．2 EntityDataType 的計(jì)算要點(diǎn) 298
13．3．3 焊縫不同類型計(jì)算要點(diǎn) 299
13．3．4 基于節(jié)點(diǎn)力和力矩進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算 302
13．3．5 基于節(jié)點(diǎn)位移與轉(zhuǎn)角進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算 304
13．4 實(shí)體焊縫計(jì)算要點(diǎn) 305
13．4．1 實(shí)體焊縫模型創(chuàng)建準(zhǔn)則 305
13．4．2 nCodeWeldline．wbex 在實(shí)體焊縫文件創(chuàng)建的應(yīng)用 309
13．5 焊縫疲勞分析實(shí)例 311
13．5．1 殼體焊縫疲勞分析實(shí)例 311
13．5．2 實(shí)體焊縫疲勞分析實(shí)例 318

參考文獻(xiàn) 331