上一期我們介紹了OptiStruct疲勞分析中的功能和所要用到的疲勞卡片，也提到了OptiStruct中可以做很多類型的疲勞分析，按失效周次分類可以分為低周疲勞，高周疲勞和無限壽命疲勞；按應力狀態分，可以分為單軸疲勞和多軸疲勞，也可以按照其他類別進行分類。那麼今天就用一個例子來介紹下單軸疲勞以及多軸疲勞如何在OptiStruct中實現。
單軸疲勞
單軸疲勞即單向迴圈應力作用下的疲勞。
上圖是OptiStruct中需要設置的各種卡片，包括載荷曲線的定義，材料S-N曲線的輸入及調整以及一些控制參數的設置。但是這需要我們自行進行多個卡片的設置，比較繁瑣。那麼在OptiStruct中內置了疲勞分析的流程管理器，可以在介面中選取參數並自動創建卡片。
需要注意的是，當前2017版本中的流程管理器，僅能對單軸S-N/E-N疲勞進行設置，如果是其他類型的疲勞計算，可在流程管理器設置結束後，進行相關卡片的修改。
下面介紹下用疲勞流程管理器來做疲勞分析的整個流程。這次要用到的模型如下圖。有限元模型在慣性釋放狀態下，受+X方向載荷作用。我們需要計算紫色部位的疲勞壽命。
進入流程管理器
在tools中選擇進入Fatigue Process，創建新的session。
整個流程如下所示：
➡導入檔，當已經打開了hm/導入了fem檔後，可以直接跳過。
➡創建疲勞工況
➡設置分析參數
在這一步中，可以選擇：
1. 分析類型（Analysis Type），即高周疲勞（S-N），低周疲勞（E-N）。
2. 等效應力(Stress combination method) 絕對值最大主應力，帶符號的Mises應力等；根據材料的不同，等效應力的選取也不同。通常對於脆性材料的疲勞破壞，多採用帶絕對值的最大主應力準則；對於延性材料，多採用帶符號的Mises應力準則。（帶符號的Mises應力是為了區分拉應力/壓應力 ）。
3. 平均應力的修正方法(Mean stress correction)：GOODMAN, GERBER,GERBER2。考慮了拉應力/壓應力對疲勞壽命的影響。
4. 應力的單位(FEA stress unit)：Mpa，Pa等。
5. 雨流法計數法應用物件(Rainflow type)：LOAD/STRESS；如果是單軸疲勞，可以選擇LOAD/STRESS。直接對LOAD而不是應力進行計數，結果精確性稍差，但是效率更高。如果是多軸情況，則必須選擇STRESS。
6. 過濾（Gate）濾除較小峰值波動，通常可能是雜訊的影響。
7. 存活率(Certainty of survival)：即單邊置信度的取值
8. 塑性修正（Plasticity correction）：E-N疲勞計算時，需要進行應力修正。默認neuber修正。
➡定義用於疲勞計算的單元及SN曲線
這一步中，我們將定義用於疲勞計算的單元類型以及SN/EN曲線。
這裡需要注意的是，當前版本單元類型：PSHELL,PSOLID,ELEMENT SET。如果是焊點焊縫的話需要後面修改。如果沒有準確曲線，OptiStruct提供常用材料的S-N/E-N近似曲線。
➡載荷定義
載荷曲線的定義可以通過輸入點的方式也可以是直接讀取已有的csv曲線。
上面一步中導入的載荷曲線即下式中的P(t)，還需要進行比例縮放，平移以及和實際有限元計算的應力結果相乘：
後面流程管理器還可以進行：
1. 保存提交運算
2. 查看後處理結果
首先進行模型檢查或修改。可以在Load collector以及material中看到，流程管理器已經創建了相應的卡片。
關於用於疲勞計算的材料和單元
➡MATFAT
MATFAT卡片是在疲勞單元的原材料的基礎上，加上了MATFAT關鍵字。定義SN曲線。
如果是E-N或者其他疲勞類型，那麼可以切換為相應的類型。
➡PFAT
定義表面粗糙度等對S-N曲線的修正。
➡FATDEF
定義疲勞單元，可以是用屬性/elem set進行定義的。
載荷歷程
這裡用於疲勞計算的載荷公式是：
公式裡的：
最後用於計算的是等效應力，這裡用的是帶符號的mises應力, 這裡的符號指絕對值最大的主應力的符號。
這裡是先施加了的載荷序列是FATLOAD1,然後施加了FATLOAD2.
如果是下面這種情況：
需要注意的是，最後的應力是不一樣的，應該是：
控制參數
這裡包括設置分析類型，存活率，平均應力修正等參數的設定。
提交運算後，在HyperView中可以查看壽命及損傷量的結果。
多軸疲勞
多軸疲勞即多向應力或應變下的疲勞。在上面的例子中，都是單軸疲勞的情況。而工程零件通常都是在多軸疲勞載荷作用下工作，應力主軸可能隨著時間發生變化。
那麼多軸疲勞和單軸疲勞有何區別呢？
1. 在做單軸疲勞時，OptiStruct是將應力張量轉換為等效應力，並進行疲勞壽命評估，而在多軸疲勞時，則直接使用應力張量。
2. 在OptiStruct中利用臨界平面法進行多軸疲勞評估。即每隔10°搜索一個臨界面，根據臨界面上的應力應變評估該臨界面上的疲勞壽命，最終的疲勞壽命為最危險的臨界面上的壽命。
3. 多軸疲勞只關心表面應力，如果受拉伸，則裂紋沿與表面垂直方向，如果是由於剪切則與表面成45°。應力準則，拉伸對應GOODMAN模型，剪切對應FINDLEY模型。
應變準則，拉伸對應Smith-Watson-Topper 剪切對應Fatemi-Socie model /Brown-Miller。
我們繼續使用上面單軸疲勞分析的模型，但是此時加上多個工況，如下所示。
那麼在流程管理器中設置完以上單軸疲勞內容後，對已生成的卡片進行修改。只需要在載荷歷程和控制參數進行修改即可。如果涉及剪切失效，則需要在MATFAT卡片設置剪切疲勞強度係數。
載荷歷程
此時，需要針對每個載荷求得的應力，計算下方公式，即設置多個FATLOAD⬇
即10個應力疊加後的應力張量，用於壽命計算。這裡將FATSEQ中設置為重複100次event1。
控制參數
MATLFAT：臨界平面法。
MDMGMDL：失效模型：GOODMAN/FINDLEY
CHK: 在實體表面生成殼
多軸疲勞壽命估算結果：
注意當Damage>=1時，結構就已經破壞，這是因為我們已經設置了100次event1。
可以看到，單軸和多軸狀態下，易發生疲勞斷裂的位置也不盡相同。
本周的講解結束了，我們下期見啦~
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