摘要
在本博客中，我们将探讨 Ansys nCode 在分析随机振动引起的疲劳方面的重要性。我们将了解 nCode 如何帮助修正平均应力并预测随机振动结构的寿命和耐久性。
什么是疲劳寿命以及了解平均应力对疲劳寿命的影响
疲劳寿命 疲劳寿命是指结构在重复加载下失效之前所能承受的循环次数。它是工程设计中的一个重要考虑因素，尤其是对于承受随机振动的结构而言。
疲劳破坏另一方面，疲劳损伤是指在循环载荷作用下，结构中微小裂纹和变形的累积。如果处理不当，这些微小的损伤会逐渐扩大并导致灾难性的故障。
了解疲劳寿命和疲劳损伤对于预测结构的寿命和耐用性至关重要。Ansys nCode 提供了准确评估和预测这些因素的工具和方法，使工程师能够优化设计并确保结构的长期完整性。
平均应力 平均应力是指结构在循环加载过程中所承受的平均应力。它对疲劳寿命起着重要作用，因为它能显著影响疲劳裂纹的生长和扩展。疲劳损伤主要由交变应力范围控制，但应力循环期间的平均应力也会影响疲劳损伤。
拉伸平均应力水平过高会加速疲劳损伤，缩短结构的整体寿命。另一方面，平均应力修正可以帮助包含平均应力的负面影响，提高结果的真实性。
Ansys nCode 提供先进的平均应力修正技术，使工程师能够考虑平均应力对疲劳寿命的影响。
Ansys nCode 设计寿命和随机振动疲劳分析
图 1：项目示意图
为了启用 Ansys nCode DesignLife 并利用其平均应力校正方法进行随机振动疲劳分析，我们将采取以下步骤。此外，项目示意图可参考图 1。
- 首先，在应用平均应力的情况下进行静态结构分析。这样我们就可以考虑平均应力对疲劳寿命的影响。
- 接下来，进行预应力模态分析，以考虑结构中的刚度变化，并在线性动态分析中使用模态叠加法。
- 为了从复应力中获得频率响应函数 (FRF)，需要对整个频率范围内的单位激励进行谐波分析。
- 确保加载与 PSD 频谱一致非常重要。在我们的例子中，PSD 频谱是以 G^2/Hz 为单位测量的，而谐波负载则设置为 1g。
- 最后，设置 nCode DesignLife 软件，该软件利用谐波分析中的 .rst 文件，将 PSD 负载映射到系统中，以计算随机振动结果和疲劳结果。
图 2：DesignLife 的分析设置
设置分析的第一步是确定平均应力修正方法，如图 2 所示：
1.使用测试数据中不同的 S-N 曲线，这些曲线是使用不同的平均应力水平绘制的。如果实际平均应力介于这些曲线之间，则对结果进行内插。
2.使用平均应力修正理论调整交变应力范围。SN疲劳最广泛使用的理论是Goodman和Gerber。S-N 试验数据必须包含一条无平均应力（R =-1）的曲线。
图 3：包含平均应力的静态结构分析结果
nCode DesignLife 分析中的另一个关键步骤是设置静态载荷情况环境选项。选择静态环境后，我们可以将其结果视为疲劳计算的平均应力，如图 3 所示，因此从静态偏移荷载情况中提取的平均应力将用于移动预测雨流计数中所有循环的平均值。
您可以通过观看下面的教学视频获得有价值的见解，该视频将指导您利用 Ansys nCode DesignLife 分析随机振动载荷下平均应力对结构的影响。