车辆结构有限元分析成果

如图9-87所示，Q235钢材试件受到交变载荷F=94200N作用，断裂强度为439MPa，S-N曲线的数据表达式为

lgN_p=a_p+b_plgs

99.9%概率下的a_p=19.8662，b_p=-6.2982。

图9-87 材料疲劳特性试件

1.建立疲劳分析项目

首先启动ANSYS Workbench，建立一个静力学分析流程，另存疲劳分析项目名称为con-rod-strain-fatigue.wbpj（图9-88）。

图9-88 建立疲劳分析项目

2.导入几何模型

用鼠标左键单击选择A3—Geometry，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择Import Geometry﹥Browse，在弹出的对话框中选择随书光盘中的文件Geom.agdb，如图9-89所示。

3.查看材料的应变疲劳特性

双击B2—Engineering Data，打开材料特性数据库。选择Structural Steel，在材料特性窗口选择Strain-Life Parameters，如图9-90所示。

这时出现结构钢Structural Steel的疲劳特性，即ε-N曲线和对应的数据表，如图9-91所示。

图9-89 导入几何模型

图9-90 查看材料的疲劳特性

图9-91给出了应变寿命疲劳特性的主要参数，Strength Coefficient对应σ_f′，称为疲劳强度系数；Strength Exponent对应b，为疲劳强度指数；Ductility Coefficient对应ε_f′，称为疲劳延性系数，与应变一样，无量纲；Ductility Exponent对应c，为疲劳延性指数。

Cyclic Strain Hardening Exponent对应循环σ_a-ε_a曲线n′，为循环应变硬化指数。

单击工具栏上的按钮，系统返回到ANSYS Workbench主界面，如图9-26所示。

图9-91 结构钢Structural Steel的疲劳特性

双击A4—Model，启动ANSYS Workbench Mechanical。用鼠标左键单击选择模型树中的Geometry﹥Solid，查看细节窗口Material﹥Assignment对应的材料为Structural Steel，如图9-92所示。

图9-92 将材料特性赋值给几何模型

4.建立有限元模型

（1）定义网格尺寸

双击A4—Model，启动ANSYS Workbench Mechanical。用鼠标右键单击模型树中的Mesh，在弹出的菜单中选择Insert﹥Sizing，单击工具栏上的拾取工具按钮，选择几何图形区的直线，然后单击详细栏中的Apply按钮，在细节窗口按照如图9-93所示进行设置。将直线分为10份，Type设置为Number of Divisions，Number of Divisions设置为10。

(www.xing528.com)

图9-93 定义网格尺寸

（2）生成网格

为了提高计算精度，采用六面体进行网格划分。用鼠标右键单击模型树中的Mesh，在弹出的菜单中选择Insert﹥Method，单击鼠标左键选择轴，在细节栏单击Apply按钮，将Method设置为Sweep，如图9-94所示。在工具栏单击按钮，单击模型树中的Mesh，生成的网格如图9-94所示。

图9-94 定义网格划分方式与网格生成

（3）施加载荷/约束

用鼠标右键单击模型树中的Static Structual（A5），在弹出的菜单中选择Insert﹥FixedSupport，单击工具栏上的拾取工具按钮，选择轴左侧端面，单击细节窗口中的Apply按钮，如图9-95所示。

用鼠标右键单击模型树中的Modal（A5），在弹出的菜单中选择Insert﹥Force，单击工具栏上的拾取工具按钮，选择轴右侧端面；在细节窗口设置轴向的力为31400N，如图9-96所示。

5.定义分析结果

用鼠标右键单击模型树中的Solution（A6），在弹出的菜单中选择Insert﹥Strain﹥Normal，在细节窗口默认应力方向为X方向，如图9-97所示。

图9-95 定义约束

图9-96 定义载荷

图9-97 定义应力方向

用鼠标右键单击模型树中的Solution（A6），在弹出的菜单中选择Insert﹥Fatigue﹥Fatigue Tool，在细节窗口按照图9-98设置。疲劳分析类型Analysis Type定义为应变寿命（Strain Life），应力方向Stress Component定义为Component X。

图9-98 进行疲劳分析相关选项设置

用鼠标右键单击模型树中的Fatigue Tool，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择Insert﹥Life。定义完毕后，模型树如图9-99所示。

图9-99 分析结果在模型树中的位置

6.求解

用鼠标右键单击模型树中的Soulution（A5），在弹出的菜单中选择Solve，进行求解。

7.查看分析结果

用鼠标左键单击模型树中的Normal Strain，X方向的应变结果如图9-100所示。

用鼠标左键单击模型树中的Life，X方向的疲劳寿命分析结果如图9-101所示。

图9-100 X方向的正应变分析结果

图9-101 疲劳寿命分析结果