ANSYS nCode高级疲劳分析解决方案

1 © 2016 ANSYS, Inc. July 4, 2018 ANSYS Confidential1 © 2016 ANSYS, Inc. July 4, 2018 ANSYS Confidential

ANSYS nCode高级疲劳分析解决方案

2 © 2016 ANSYS, Inc. July 4, 2018 ANSYS Confidential

目录

❑ ANSYS nCode Designlife 介绍

❑ ANSYS nCode Designlife高级疲劳解决方案

❑应用案例

❑总结讨论


➢ ANSYS nCode DesignLife疲劳分析：

• 功能强大

• 对于设计耐用产品，nCode是很高效的分析软件

• 集成于WORKBENCH工作平台

• 全面的疲劳分析系统

• 清晰的疲劳分析流程

• 复杂疲劳问题分析的能力

ANSYS nCode Designlife 介绍


avai

lab

le d

ata

workspace

glyph palette

main menumain toolbar

context toolbar

ANSYS nCode Designlife 介绍➢ ANSYS nCode DesignLife疲劳分析：

• 操作简单，采用数据流传递；• 采用流程仿真模板


问题:

缝焊缝的疲劳失效

解决方案:

ANSYS nCode DesignLife精确模拟缝焊缝的疲劳损伤

Unit load applied in

MechanicalLoad history

➢焊缝疲劳

ANSYS nCode Designlife高级疲劳解决方案


问题:

对于形状复杂的产品的疲劳失效，如家用风机可能在隐蔽关键的区域存在疲劳失效。

解决方案：

ANSYS nCode DesignLife能够自动识别出结构上关键区域和热点。

Image courtesy Southwest Windpower

➢热点监测



问题:

高温下结构的疲劳寿命。

解决方案:

ANSYS nCode Designlife使用稳态和瞬态热分析，并采用温度相关的疲劳材料特性。温度对疲劳的影响自动予以考虑。

➢高温疲劳



问题:

零件在循环载荷和瞬态温度作用下的疲劳寿命

解决方案:

ANSYS nCode DesignLife热-机械疲劳寿命考虑了热瞬态和重复机械应力的组合，以正确计算疲劳寿命。

➢热机疲劳



问题:

由于压力变化加上轴向力和弯矩的联合载荷，压力歧管会出现疲劳失效。

解决方案:

ANSYS nCode DesignLife通过自动多轴应变寿命修正，可以预测疲劳寿命和三个不同来源的载荷导致的失效位置。

➢多轴应变疲劳



Non-proportionality Factor

0 ≤ NONPROP ≤ 0.25 0.25 ≤ NONPROP < 0.5 0.5 ≤ NONPROP

Bia

xia

lity R

atio

-1 ≤ a < -0.6Critical plane in 2 directions – dominant and at 90

degrees

No Mean stress correction

Critical plane

10 degree intervals

No mean stress correction

-0.6≤ a < 0.25 Original calculation OKCritical plane in dominant

direction

Morrow

Critical plane at 10 degree intervals,

Morrow

0.25 ≤ a < 0.6Signed Tresca

Morrow

TBCPS* dominant direction only

MorrowTBCPS* 10

degree intervals

Morrow0.6 ≤ a ≤ 1

TBCPS 10 degree intervals

Morrow

问题:

多轴疲劳评估方法的选择通常很困难。

解决方案:

ANSYS nCode DesignLife根据应力结果计算非比例因子和双轴比并且选择最好的方法。

➢多轴评估



问题:

在复杂(多轴)载荷下的疲劳失效可能是微观层面上的裂纹开始，而不是标准的宏观疲劳模型所考虑的。

解决方案:

ANSYS nCode DesignLife中Dang Van标准考虑了临界晶粒内的微观应力和应变，作为安全系数来计算疲劳极限。

➢安全系数（Dang Van）



问题:

零件和完整产品的物理测试可能需要很长时间，而且很昂贵。

解决方案:

ANSYS nCode DesignLife振动疲劳模拟了振动台试验，并预测了频域的疲劳。它减少了物理测试所需的时间。

Moog FCS Multi Axis Shaker Table

➢振动疲劳



问题:

低应力高频所导致疲劳失效。电源模块在1KHz运行超过10年(315B循环)。

解决方案:

ANSYS nCode DesignLifeANSYS Maxwell计算并传递给ANSYS Mechanical中计算应力/应变并传递给ANSYS nCode DesignLife以评估循环加载造成的损伤。

➢振动疲劳分析



问题:

注射成型和短纤维复合材料制成的组件在使用中会产生裂纹。

解决方案:

利用ANSYS nCode Designlife对各向异性纤维填充复合塑料进行应力-寿命疲劳模拟。考虑了纤维的取向和导入。

l

l

➢复合材料疲劳分析



Material behavior, no notch

“Stress Gradient Corrected” material behavior

Predicted behavior of notched material without correction

问题:

预测有缺口零件的疲劳寿命

解决方案:

ANSYS nCode DesignLife疲劳缺口系数有修正系数，可以精确计算寿命。

➢缺口效应分析



问题:

数据量大的项目会导致长时间的运行问题

Example:Strain Life analysisDuty cycle with 91 events135 channels of time series data16K data point per channel6K nodes

解决方案:

ANSYS nCode DesignLife高效的并行处理功能显著减少求解时间。

Speedup of 7.5 on 8 cores

➢HPC 加速



ANSYS nCode Designlife应用案例


疲劳仿真应用领域

Automotive

Aeropsace

Bio-medical equipment

Heavy Truck

DefenseWind energy


车轮设计– ANSYS计算18个静态分析的应力

– DesignLife在轮模型的每个节点上产生应力历史，并预测导致车轮破坏的转数

ANSYS nCode Designlife应用案例(1)


涡轮增压器壳体– ANSYS计算30分钟热循环的应力历程，以及40赫兹机械激励的应力

– DesignLife将热应力和机械应力叠加到72万点的历史记录中，并计算涡轮增压器壳体的使用寿命



• 风力发电机轮毂在多轴载荷随时间而变化。测量7天内的载荷(弯曲

和扭矩)。

• ANSYS nCode DesignLife对基于测量得到的加载条件的寿命进行预测。



• Moment and force measurements recorded in ASCII format

are imported into ANSYS nCode DesignLife to build the Duty

Cycle data

• (single day shown)

在ANSYS Workbench内仿真hub寿命



风力发电机轮毂在多轴载荷下的疲劳寿命



Multi-axial SN Life analysisPressure ManifoldCompacted Graphite Cast Iron1 bar on inner surfaces

Bending moment 1 Bending moment 2 Axial force



多轴应变疲劳分析: Manifold

Damage from Duty Cycle

Equivalent Stress from ANSYS Mechanical solution



电动工具的振动分析

铝合金外壳使用寿命

acceleration of housing.



• Demo Optimization

• Trailer hitch

• Input parameters:

– Shank length

– Side wall thickness

– Fillet radius

– Neck radius

– Ball diameter

– Material used

• Output parameters

– Total mass

– Maximum equiv. stress

– Life



Optimization Using DesignXplorer



Input Parameters Output Optimized



• Un-optimized life: 9,650 Optimized life 3,048,000

• Almost three orders of magnitude difference!

Optimized vs. Un-optimized



总结讨论

• 工业中面临很多疲劳可靠性问题；

• ANSYS nCode Designlife可以快速高效仿真疲劳可靠性问题，如高温疲

劳、热力耦合疲劳分析、振动疲劳、焊缝疲劳、焊点疲劳、复合材料疲

劳等，在国内外龙头企业都有成熟应用；

• ANSYS nCode Designlife简单易用，集成在ANSYS Workbench中，可以提

高设计效率，降低人工、试验成本，提高产品质量；


感谢聆听！

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