之前为大家介绍了 OptiStruct 中基于静态工况和瞬态工况下的疲劳分析有很多工程师也很关心 OptiStruct 中的振动疲劳功能我们今天就详细介绍下 OptiStruct 中的扫频/定频疲劳以及随机振动疲劳两部分。振动疲劳相对于静态工况和瞬态工况的疲劳在OptiStruct中定义的主要区别在于➡ 载荷曲线FATLOAD➡ 疲劳控制参数的差异FATPARM其他关于材料 SN 曲线及疲劳分析单元 (FATDEF) 的定义与静态/瞬态工况分析相同这里就不赘述了。本期我们就来详细介绍 FATLOADFATPARM 这两部分~1. 扫频/定频疲劳扫频以及定频疲劳在 2017.2 版本中仅支持单轴疲劳疲劳分析支持实体和壳单元可以做SN/EN疲劳。卡片相关FATLOAD在原来的卡片的基础上加上 SWEEP 关键字扫频速度SR以及扫频单位按Hz/倍频扫。当 SR0表示定频疲劳此时频率为 FREQi中的第一个频率。需要注意的是在扫频/定频疲劳中一个 FATEVNT 中仅支持单个 FATLOAD不支持应力叠加。FATPARM同样加上 SWEEP 关键字NF/DF 指定参与扫频的频率个数/增量如果当前取到的频率点没有对应的应力结果则用前后的频率结果进行插值得到其应力。如果定义了 NF 则忽略 DF。STSUBID 指定静力工况用于引入平均应力。损伤/寿命计算1定频疲劳的损伤计为损伤量和总时长的乘积。损伤量可以由该频率下的应力结果和材料的 SN 曲线确定在定频疲劳中 FATSEQ 直接指定T(总时长)2扫频疲劳的损伤则是计算频率段内各采样频率上的损伤单循环损伤*循环次数然后再叠加。从上面的定义可知重点在于确定循环次数以及单次循环的损伤量。单次循环的损伤量可以由该频率下的应力结果和材料的 SN 曲线确定。在扫频中按照 NF/DF 对直接求解得到的频响函数应力结果进行采样得到指定频率下的应力结果。应用该应力结果计算单次循环产生的损伤。如果存在平均应力可考虑平均应力修正。通过两种不同扫频方式计算相对应的循环次数。1. SRUNIT HZPS 以Hz/s 的速度进行扫频f 是某个需要计算的频率NF/DF指定的2. SRUNITOCTPRM 以oct/m 的速度进行扫频得到这两个参数后就可以计算整个扫频/定频中的疲劳损伤/寿命。MODELFATLOAD 卡片上的 SWEEP 字段 HyperMesh2017 版本图形界面暂不支持需要在 .fem 文件中手动修改。1. 定频FATLOADSR0 表示定频此时频率为 FREQ 的第一个频率。这里我们只定义了一个频率点。FATPARM同样在 FATPARM 中指定为扫频模式。Sweep 后面的1表示一个点当然当 SR0 时DF/NF 参数定义将被忽略。FATSEQ中定义1s的时长。结果最危险点的疲劳寿命为3.97e5秒。2. 扫频FREQ1中我们定义了10个频率点从10Hz开始每隔20Hz采样。扫频中定义扫频速度为20Hz/s。FATPARM中定义了10个采样点。结果2. 随机疲劳随机疲劳在2017.2 版本中仅支持单轴疲劳等效应力为vonMises的情况。卡片相关FATLOAD随机振动中FATLOAD载荷历程曲线为随机振动分析得到的PSD曲线不需要额外输入曲线所以TID 置空。FATPARM加上RANDOM关键字。其中FACSREND 用于计算应力值上限2*RMS Stress*FACSREND( )SREND 用于直接指定应力值上限NBIN 用于计算应力分布宽度DSSREND/NBINDS 用于直接指定应力分布宽度( )STSUBID 用于引入平均应力一般随机振动频率寿命预测方法可以分为时域法和频域法。时域法主要有三角级数法逆傅里叶变化法以及参数模型法首先对随机过程进行时域模拟得到应力响应,再应用雨流计数法计算应力循环再根据SN曲线和miner叠加进行寿命计算。大致步骤如下功率谱密度➡随机振动的时域信号➡随机幅值雨流计数➡线性损伤累积。从统计学可以得到随机信号雨流计数后幅值的均值和应力分布概率直方图如下图所示。通过应力分布概率同样可以计算得到结构疲劳寿命将一定应力范围内的应力循环次数定义为所有循环次数和范围内的概率的乘积即应力范围内的概率有以下关系δS即应力分布宽度。而所有循环次数定义为当随机过程为宽带随机过程时当随机过程为窄带随机过程时E(0⁺)单位时间内零点正穿越次数E(P)单位时间内的应力峰值次数在ΔS范围内我们可以通过SN曲线得到其寿命 ,记为那么易知结构在随机振动的作用下其寿命为然而时域法对信号要求较高.需要信号有据够长的历程,计算量也较大所以通常计算随机振动疲劳都是用的频域法(OptiStruct中用的也是频域法),即通过应力的功率谱密度函数PSD的统计学特性直接构建应力分布概率密度函数(PDF)红线。从PSD曲线构建PDF曲线的方法有很多种,包括Rice模型、Bendat模型、Wirsching和Lisht修正模型、Dirlik模型、Zhao和Baker模型等。多数模型都有其适用范围.比如通常认为最优的Dirlik模型适用于宽带随机过程.在OptiStruct中,主要提供了4种模型:DIRLIK, LALANNE, NARROW, and THREE。1.DIRILIK其中S是应力范围; 是不规则因子(下同),是描述不同谱型的常用参数,研究发现这些统计参数可以用功率谱的n阶惯性矩函数(下同)来描述不规则因子是指时域信号零点正穿越均值次数(E(0⁺))和样本峰值次数(E(P))的比值。Dirlik方法是宽带随机振动寿命估计种应用最多和最准确的,通过蒙特卡洛技术做了大量的计算机模拟得出频域信号疲劳分析法的经验闭合解。2.LALANNE适用于宽度随机过程。3.NARROW适用于窄带随机过程。4.THREE适用于窄带随机过程,同时分布在下列函数内有规律性总结【相关内容】关于HyperMesh的节点问题归纳总结HyperMesh自由边警告怎么消除HyperMesh 新手先学 2D 还是 3D