之前為大家介紹了 OptiStruct中基於靜態工況和瞬態工況下的疲勞分析，有很多工程師也很關心 OptiStruct中的振動疲勞功能，我們今天就詳細介紹下 OptiStruct 中的掃頻/定頻疲勞以及隨機振動疲勞兩部分。
振動疲勞相對於靜態工況和瞬態工況的疲勞在OptiStruct中定義的主要區別在於
➡ 載荷曲線（FATLOAD））
➡ 疲勞控制參數的差異（FATPARM）
其他關於材料 SN 曲線及疲勞分析單元 (FATDEF) 的定義與靜態/瞬態工況分析相同，這裡就不贅述了。
本期我們就來詳細介紹 FATLOAD，FATPARM 這兩部分~
1. 掃頻/定頻疲勞
掃頻以及定頻疲勞在 2017.2 版本中僅支持單軸疲勞，疲勞分析支援實體和殼單元，可以做 SN/EN疲勞。
卡片相關
FATLOAD
在原來的卡片的基礎上，加上 SWEEP 關鍵字，掃頻速度（SR）以及掃頻單位（按Hz/倍頻掃）。當 SR=0，表示定頻疲勞，此時頻率為 FREQ（i）中的第一個頻率。
需要注意的是在掃頻/定頻疲勞中，一個 FATEVNT 中僅支持單個 FATLOAD，不支持應力疊加。
FATPARM
同樣加上 SWEEP 關鍵字，NF/DF 指定參與掃頻的頻率個數/增量；如果當前取到的頻率點沒有對應的應力結果，則用前後的頻率結果進行插值得到其應力。如果定義了 NF 則忽略 DF。STSUBID 指定靜力工況，用於引入平均應力。
損傷/壽命計算
1）定頻疲勞的損傷計為損傷量和總時長的乘積。
損傷量可以由該頻率下的應力結果和材料的 SN 曲線確定在定頻疲勞中 FATSEQ 直接指定T(總時長)
2）掃頻疲勞的損傷則是計算頻率段內各採樣頻率上的損傷（=單迴圈損傷*迴圈次數），然後再疊加。
從上面的定義可知，重點在於確定迴圈次數以及單次迴圈的損傷量。
單次迴圈的損傷量可以由該頻率下的應力結果和材料的 SN 曲線確定。在掃頻中，按照 NF/DF 對直接求解得到的頻響函數應力結果進行採樣得到指定頻率下的應力結果。應用該應力結果計算單次迴圈產生的損傷。如果存在平均應力，可考慮平均應力修正。。
通過兩種不同掃頻方式計算相對應的迴圈次數。
1. SRUNIT= HZPS 以Hz/s 的速度進行掃頻
f 是某個需要計算的頻率（NF/DF指定的）
2. SRUNIT=OCTPRM 以oct/m 的速度進行掃頻
得到這兩個參數後，就可以計算整個掃頻/定頻中的疲勞損傷/壽命。
MODEL
FATLOAD 卡片上的 SWEEP 欄位 HyperMesh2017 版本圖形介面暫不支援，需要在 .fem 檔中手動修改。
1. 定頻
FATLOAD
SR=0 表示定頻，此時頻率為 FREQ 的第一個頻率。
這裡我們只定義了一個頻率點。
FATPARM
同樣在 FATPARM 中指定為掃頻模式。
Sweep 後面的1表示一個點，當然當 SR=0 時，DF/NF 參數定義將被忽略。
FATSEQ中定義1s的時長。
結果：最危險點的疲勞壽命為3.97e5秒。
2. 掃頻
FREQ1中我們定義了10個頻率點，從10Hz開始每隔20Hz採樣。
掃頻中定義掃頻速度為20Hz/s。
FATPARM中定義了10個採樣點。
結果：
2. 隨機疲勞
隨機疲勞在2017.2 版本中僅支持單軸疲勞，等效應力為vonMises的情況。
卡片相關
FATLOAD
機振動中，FATLOAD載荷歷程曲線為隨機振動分析得到的PSD曲線，不需要額外輸入曲線，所以TID 置空。
FATPARM
加上RANDOM關鍵字。
其中：
FACSREND 用於計算應力值上限2*RMS Stress*FACSREND( )
SREND 用於直接指定應力值上限
NBIN 用於計算應力分佈寬度DS=SREND/NBIN
DS 用於直接指定應力分佈寬度( )
STSUBID 用於引入平均應力
一般隨機振動頻率壽命預測方法可以分為時域法和頻域法。
時域法主要有三角級數法，逆傅裡葉變化法以及參數模型法，首先對隨機過程進行時域模擬，得到應力回應,再應用雨流計數法，計算應力迴圈，再根據SN曲線和miner疊加進行壽命計算。
大致步驟如下：
功率譜密度➡隨機振動的時域信號➡隨機幅值雨流計數➡線性損傷累積。
從統計學可以得到隨機信號雨流計數後幅值的均值和應力分佈概率（長條圖）如下圖所示。
通過應力分佈概率同樣可以計算得到結構疲勞壽命，將一定應力範圍內的應力迴圈次數定義為所有迴圈次數和範圍內的概率的乘積：
即：
應力範圍內的概率，有以下關係：
δS即應力分佈寬度。
而所有迴圈次數定義為：
當隨機過程為寬頻隨機過程時：
當隨機過程為窄帶隨機過程時：
E(0⁺)：單位時間內零點正穿越次數
E(P)：單位時間內的應力峰值次數
在ΔS𝑖範圍內我們可以通過SN曲線得到其壽命 ,記為：
那麼易知，結構在隨機振動的作用下，其壽命為：
然而時域法對信號要求較高.需要信號有據夠長的歷程,計算量也較大，所以通常計算隨機振動疲勞都是用的頻域法(OptiStruct中用的也是頻域法),即通過應力的功率譜密度函數（PSD）的統計學特性直接構建應力分佈概率密度函數(PDF)（紅線）。
從PSD曲線構建PDF曲線的方法有很多種,包括Rice模型、Bendat模型、Wirsching和Lisht修正模型、Dirlik模型、Zhao和Baker模型等。多數模型都有其適用範圍.比如通常認為最優的Dirlik模型適用於寬頻隨機過程。
在OptiStruct中,主要提供了4種模型:DIRLIK, LALANNE, NARROW, and THREE。
1.DIRILIK
其中S是應力範圍; 𝞤是不規則因數(下同),是描述不同譜型的常用參數,研究發現這些統計參數可以用功率譜的n階慣性矩函數(下同)來描述：
不規則因數是指時域信號零點正穿越均值次數(E(0⁺))和樣本峰值次數(E(P))的比值。
Dirlik方法是寬頻隨機振動壽命估計種應用最多和最準確的,通過蒙特卡洛技術做了大量的電腦類比，得出頻域信號疲勞分析法的經驗閉合解。
2.LALANNE
適用於寬度隨機過程。
3.NARROW
適用於窄帶隨機過程。
4.THREE
適用於窄帶隨機過程,同時分佈在下列函數內有規律性：
總結
MODEL
tablernd
失效模型及應力分佈寬度
結果
那麼這期的內容就到這裡啦，內容有點多，大家慢慢消化吧~我們下期見~
留言列表
