案例演示 | 多轴随机载荷下支撑构件疲乏寿命评估

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剖析流程

利用ANSYS Mechanical打算出各方向勉励下应力频响函数，然后将应力频响函数和载荷的PSD曲线导入ANSYS Ncode软件，定义材料的SN疲倦性能曲线，运用其振动疲倦剖析求解器打算出构造应力相应的PSD，进而完成应力循环计数并打算损伤值。
全体流程可以在ANSYS Workbench平台中完成，其流程图如下：

图1多轴随机振动疲倦剖析流程图

频响剖析

频响剖析剖析时常日施加某方向的单位加速度勉励，得到单位载荷勉励下模型各阶频率上的应力分布。
在打算应力频响函数时，所剖析的频率范围要覆盖PSD曲线的频率范围，一样平常取载荷PSD最大频率范围的1.5倍。
载荷单位一定要与PSD曲线统一。
对付多轴勉励，则进行多方向的频响剖析，得到模型各方向的通报函数。

图2 支架三个方向谐相应剖析

图3 应力相应曲线

多轴随机振动载荷谱输入

随机振动载荷常用PSD功率谱密度来表达，针对不同的振动环境可以参考相应的标准查取。
载荷谱的输入在ANSYSNCODE来完成，通过ANSYS NCODE 振动载荷天生器产生相应的PSD谱，将PSD谱导入到载荷谱编辑器中同各方向谐相应通报函数干系联。

1、多轴随机载荷顺序发生

常日在多轴随机载荷运用于仿照振动试验台架时，每次施加一个方向的勉励，各方向勉励载荷须要依次施加。
为了仿照这种试验环境，须要利用ANSYS NCODE载荷谱类型Duty Cycle来定义相应的载荷谱。
例如本次仿照支架在振动台试验时，在X方向振动900s、在Y方向振动900s、在Z方向振动1800s，在Duty Cycle编谱X\Y\Z三个方向的按照规定的韶光依次勉励。

图4 Duty Cycle载荷谱天生

将各方向载荷谱与对应方向频响通报函数干系联，通过振动疲倦剖析模块中载荷编辑模块逐一对应。

图5 多轴随机载荷勉励顺序施加

2、多轴随机载荷同时勉励

在实际构造中存在同时受X/Y/Z三个方向随机勉励，为了仿真仿照这种情形，载荷谱定义时我们须要知道各方向谱值间的干系性。
首先根据实测记录的各向时域载荷转换到频域，利用ANSYS NCODE中频响剖析工具（Frequency Response Analysis）进行旗子暗记转换得到各向PSD谱以及它们之间的互功率谱。

将天生的三个方向PSD谱以及三个之间的互功率谱导入到载荷编辑器中与各方向的频响通报函数通道对应。

图7多轴随机载荷勉励同时施加

随机振动疲倦求解

随机振动疲倦采取标准S-N求解器进行求解，须要材料S-N曲线的输入，该曲线对疲倦寿命打算至关主要。
材料S-N曲线一样平常通过疲倦试验得到，也可以参考ANSYS NCODE材料库中的材料。
软件根据输入频响通报函数、载荷谱打算出构造应力相应的PSD,直接基于应力相应PSD完成应力循环计数，结合S-N曲线进行损伤打算。
基于ANSYS NCODE振动疲倦求解器的剖析中，常日还须要考虑综合应力的选择、均匀应力改动方法、循环计数方法选择等。

图8振动疲倦求解器选项

疲倦结果后处理

求解打算完成，可以在ANSYS NCODE进行后处理，得到损伤或寿命云图。
如下是同一模型在顺序多轴随机载荷和同时多轴随机载荷浸染下支架的寿命分布云图。

图9顺序多轴随机载荷浸染下支架寿命云图

图10同时多轴随机载荷浸染下支架寿命云图

在结果解读中要把稳：顺序多轴随机载荷在编谱中指定了循环次数，每次循环默认是1秒，则X方向振动900s、在Y方向振动900s、在Z方向振动1800s，完成一次指定duty cycle所需韶光是3600s，打算得到的最小寿命为72.77次， 72.77次乘以3600S，则得到最小寿命韶光为2.6e5S。
同时多轴随机载荷浸染下，打算得到最小寿命是1.31E5次，默认循环一次为1秒，即最小寿命为1.31E5s。