概括
在本篇博文中，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 如何帮助校正平均应力并预测受随机振动影响的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
疲劳寿命是指结构在重复载荷作用下发生故障前可承受的循环次数。它是工程设计中的一个重要考虑因素，尤其是对于受到随机振动的结构。
另一方面，疲劳损伤是结构中因循环载荷而产生的微裂纹和变形的积累。如果不妥善处理，这些小损伤会逐渐增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久性至关重要。Ansys nCode 提供工具和方法来准确评估和预测这些因素，使工程师能够优化其设计并确保长期结构完整性。
平均应力是指结构在循环载荷作用下承受的平均应力。它在疲劳寿命中起着重要作用，因为它可以显著影响疲劳裂纹的生长和扩展。疲劳损伤主要受交变应力范围控制，但应力循环期间的平均应力也会影响疲劳损伤。
高拉伸平均应力水平会加速疲劳损伤并缩短结构的整体寿命。另一方面，平均应力校正可以帮助消除平均应力的负面影响，提高结果的保真度。
Ansys nCode 提供先进的平均应力校正技术，使工程师能够考虑平均应力对疲劳寿命的影响。
Ansys nCode DesignLife 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，我们将按照下面概述的步骤进行。此外，项目示意图可参考图 1。
- 首先，建立施加平均应力的静态结构分析。这使我们能够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，并能够使用模态叠加法进行线性动力学分析。
- 为了从复杂应力中获得频率响应函数 (FRF)，需要利用感兴趣的频率范围内的单位激励来解决谐波分析。
- 确保载荷与 PSD 谱一致非常重要。在我们的案例中，PSD 谱以 G^2/Hz 为单位测量，谐波载荷设置为 1g。
- 最后，设置 nCode DesignLife 软件，该软件利用谐波分析中的 .rst 文件并将 PSD 负载映射到系统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校正方法，如图 2 所示。包含平均应力效应的主要方法有两种：
1. 使用根据不同平均应力水平开发的测试数据得出的不同 SN 曲线。如果实际平均应力介于这些曲线之间，则对结果进行插值。它基于 R 比率或平均应力水平
2. 使用平均应力修正理论调整交替应力范围。SN 疲劳最广泛使用的理论是 Goodman 和 Gerber。SN 测试数据包含一条没有平均应力 (R = -1) 的曲线非常重要。
图 3：将静态结构分析结果作为平均应力
在我们的 nCode DesignLife 分析中要包含的另一个关键步骤是设置静态载荷工况环境选项。通过选择静态环境，我们可以将其结果视为疲劳计算的平均应力，如图 3 所示，因此从静态偏移载荷工况中提取的平均应力用于转移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宝贵的见解，该视频将指导您完成利用 Ansys nCode DesignLife 分析平均应力对随机振动载荷下结构的影响的过程。
