本文用一个例子说明了在ANSYS工作台中建立一个简单的疲劳分析。对于初学者来说，本文揭开了疲劳分析的神秘面纱。
语境
当我十岁的时候，我喜欢一把又小又容易移动的椅子。放学后，我常常坐在上面看电视上的阿拉丁故事。一天，像往常一样，我坐在上面。突然椅子被摔成两半，我摔倒在姐姐面前的地板上。出于显而易见的原因，我很尴尬，我姐姐整天都在取笑我。那天我睡觉时几乎没有什么未回答的问题。
为什么这把椅子几年来运转良好却出了故障?为什么我坐在上面的第一天却没有被摔下来?
我的破椅子!
快进到我的工程时代，我被告知任何结构上的循环载荷都会使该结构失效——疲劳失效。只有到那时，我才能理解为什么我心爱的椅子失灵了。
你们中的许多人可能听过像上面提到的那样的故事，甚至亲身经历过。然而，事实上，大多数结构无论大小都会经历疲劳这样的现象，这是真实的。如果一个具有简单载荷循环的简单结构可能由于疲劳而失效，想象一个具有复杂载荷循环的复杂结构。是的，后果对制造商和用户都是灾难性的。
根据国家统计局报告“80-90 %的结构故障是通过疲劳机制发生的。”将疲劳寿命计算提前纳入产品开发周期在优化产品结构完整性方面发挥着至关重要的作用，并显著降低了故障成本。
本文给出了一种简单的疲劳寿命计算分析方法，该方法是利用有限元分析软件ANSYS疲劳寿命计算工具进行的。如果你希望按照FKM指南进行分析，你会感兴趣的该有限元软件的扩展。
工作流程
对于疲劳寿命计算，静态结构或瞬态分析是先决条件。为了实现这一点，我考虑一个简单的椅子几何结构进行静态结构分析;定义了合适的载荷和边界条件。我定义75公斤的点质量作用在椅子上。这种负荷可以被认为是对儿童座椅的误用。合成静态应力(24 MPa)没有超过指定材料的屈服强度(54 MPa)。
那么，我从我的故事中得到一个问题的答案。我坐在椅子上的第一天，椅子没有损坏，因为第一天施加的载荷不足以超过材料的屈服强度。
载荷和边界条件
等效冯米塞斯应力
设置分析
在建立静态结构分析之后，我使用以下步骤启动了ANSYS疲劳工具。
解决方案% 3电子插入% 3电子工具% 3电子工具
分析类型
ANSYS疲劳工具提供了两种计算疲劳寿命计算的方法。
紧张的生活
压力生活
虽然应变寿命方法被广泛使用，但目前，由于其表征低周疲劳的能力(%3C100，000个循环)，应力寿命方法解决了高周疲劳(%3E100，000个循环)。
疲劳工具的详细视图
我选择了应力寿命方法来执行这个例子，随后我在工程数据中定义了适当的S-N(应力-周期)曲线。
装载类型
与静态应力相反，当某一点的应力随时间变化时，就会发生疲劳损伤。因此，有必要定义单个循环后负载重复的方式，换句话说，疲劳负载的类型决定了负载如何随时间重复。
因此，我为当前示例选择了基于零的负载类型，这意味着我施加负载并移除它，从而导致等效负载比为0。对于完全反向载荷，我将施加一个载荷，然后施加一个相等和相反的载荷，这将导致-1的载荷比。
从零开始加载
在这两种情况下，负载的幅度保持不变。因此，查看一组单独的模拟结果会让你知道疲劳失效可能发生在哪里。
平均应力理论
既然我已经定义了分析和加载类型，我需要选择一个平均应力理论。
零平均应力载荷
平均应力是疲劳载荷循环期间最大和最小应力的平均值。大多数情况下，疲劳数据假定为零平均应力，这意味着完全反向加载。然而，在工程实践中很少满足完全反向加载条件(零平均应力)。因此，必须选择平均应力校正理论来解释平均应力。
对于应力寿命法:如果存在不同平均应力的实验数据，我可以通过插值不同的材料曲线直接计算平均应力。然而，它不可能有所有平均应力的实验数据。因此，有几种经验关系可用，包括古德曼、索德伯格和格伯理论，这些理论使用静态材料特性(屈服强度和拉伸强度)和S-N数据来解释平均应力。一般来说，如果存在多个平均应力数据(S-N曲线)，我不建议你使用经验关系。
不同的平均应力修正理论(古德曼理论被强调)
古德曼平均应力理论是塑料材料的常见选择，而戈伯理论是韧性金属的常见选择。对于当前的分析，我选择了古德曼理论。
疲劳寿命
像ANSYS工作台中的任何其他结果一样，疲劳寿命计算可以限定在几何实体上。对于具有恒定振幅载荷的应力寿命，如果等效交变应力低于S-N曲线中定义的最低交变应力，将使用该点的寿命
对于本例，3，100，000个周期是椅子的预期寿命。这意味着一个75公斤的人可以坐在这个孩子的椅子上310万次。如果他忽视并继续坐在预期的生活之外，很快他可能会面临和故事中男孩一样的命运。
从ANSYS疲劳工具中提取疲劳寿命计算结果
结论
不容易吗?是的，只要你有材料数据，就很容易进行这种分析。如果您不知道，ANSYS机械专业版、高级版、企业版和ANSYS AIM提供了ANSYS疲劳工具。
你还在等什么?使用ANSYS产品开始实现您的产品承诺。
另外，万一你想知道椅子坏了之后发生了什么，我妈妈第二天给我们买了一把崭新的椅子!
