Расчеты усталостной долговечности
в Ansys nCode

Ansys nCode – инструмент для анализа усталостной прочности и долговечности. Интеграция с Ansys Workbench позволяет создавать параметрические модели и решать задачи оптимизации конструкции. Преимущество nCode заключается в возможности нахождения запасов прочности для прогнозирования предельного срока службы конструкций, испытывающих сложное нагружение.

Результатом расчета на усталостную долговечность обычно является либо долговечность (Life) в количестве циклов или в единицах времени, либо усталостное повреждение (Damage), показывающее насколько % повреждена деталь, где за 100% берется разрушение.

Ansys nCode проводит расчет усталостной долговечности на основе анализа локальных деформаций в конструкции. Комплекс применяется для широкого круга задач, включая малоцикловую усталость с контролем упругопластических деформаций, а также существует возможность интерполяции между кривыми свойств материала в зависимости от температуры.

Ansys Fatigue – модуль Ansys Mechanical, который позволяет проводить оценку долговечности конструкций в заданных расчетных условиях. Усталостное разрушение в Ansys Fatigue разделяют на две категории:

• Многоцикловая усталость (High-cycle fatigue), когда число циклов приложения нагрузки велико (10 000 — 1 000 000 000 циклов). При такой постановке обычно уровень напряжений более низкий в сравнении с пределом прочности материала. Подход долговечности в зависимости от уровня напряжений (Stress-Life) обычно используется для расчета многоцикловой усталости.

• Малоцикловая усталость (Low-cycle fatigue), когда число циклов прикладываемой нагрузки относительно невелико. Пластические деформации (plastic deformation) часто ассоциируют с расчетом малоцикловой усталости (low-cycle fatigue), это приводит к уменьшению времени усталостной долговечности (fatigue life). Подход долговечности в зависимости от уровня деформаций (Strain-Life) более применимы к расчету малоцикловой усталости.

/ Основные расчетные возможности:

Многоцикловая усталость с постоянной амплитудой цикла и пропорциональным нагружением (Stress-Life: Constant Amplitude, Proportional Loading);

Многоцикловая усталость с переменной амплитудой цикла и пропорцинальным нагружением (Stress-Life: Variable Amplitude, Proportional Loading);

Многоцикловая усталость с постоянной амплитудой и непропорциональным нагружением (Stress-Life: Constant Amplitude, Non- Proportional Loading);

Малоцикловая усталость с постоянной амплитудой и пропорциональным нагружением (Strain-Life: Constant Amplitude, Proportional Loading).    

/ Расчет усталостной долговечности в зависимости от уровня напряжений

Для расчетов параметров усталостной долговечности в Ansys Fatique используются следующие параметры напряженно-деформированного состояния, рассчитанного в Ansys Mechanical: напряжения, упругие деформации, перемещения, результаты работы контактных алгоритмов, коэффициенты запаса по различным теориям прочности.

/ Учет эффектов средних напряжений цикла

В расчетах рекомендуется использовать несколько кривых усталости, для которых есть данные экспериментов (диаграммы предельных амплитуд циклов). Если нет данных для нескольких кривых усталости, тогда можно выбрать одну из трех теорий коррекции средних напряжений цикла. Идея заключается в следующем: имея одну кривую усталости, полученную испытанием с одноосным напряженно-деформированным состоянием, можно по определенным правилам учесть эффекты средних напряжений цикла.

Теория Гудмана применима для малопластичных металлов. Нет коррекции для средних напряжений цикла сжатия.

Теория Содеберга еще более консервативна, чем теория Гудмана и иногда применяется для хрупких металлов.

Теория Гербера хорошо описывает поведение пластичных металлов для средних напряжений растяжения и, напротив, она некорректно прогнозирует неблагоприятный эффект средних напряжений цикла сжатия.

Расчет усталостной долговечности выполняется автоматически после окончания расчета напряженно-деформированного состояния.

/ Учет эффектов средних напряжений цикла

Коррекция средних напряжений цикла проводится по одному из двух правил:

1. По правилу Morrow, которое модифицирует только упругую составляющую усталостной кривой.

2. По закону SWT (Smith, Watson, Topper), в котором учитывается эффект влияния сжимающих и растягивающих средних напряжений на усталостную долговечность.

/ Расчет усталостной долговечности в зависимости от уровня деформаций

Расчет усталостной долговечности в зависимости от уровня деформаций учитывает пластические деформации и часто применяется для расчета малоцикловой усталостной долговечности. Зависимость напряжений от деформаций задается уравнением Рамберга-Озгуда (Ramberg- Osgood).