使用OptiStruct进行Dang Van标准失效判断：完整教程

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Dang Van标准是一种用于评估材料在多轴疲劳载荷下的疲劳寿命的方法。它是由法国学者Dang Van在1969年提出的，基于线性损伤累积（Linear Damage Accumulation, LDA）理论的一种多轴疲劳计算方法。Dang Van标准在实际工程中得到了广泛的应用，尤其是在航空航天、汽车制造和重型机械等领域。

Dang Van标准的核心思想是通过考虑材料在多轴应力状态下的疲劳损伤，来预测材料的疲劳寿命。这种方法可以有效地评估和预测材料在复杂载荷（如拉伸、压缩、剪切等）下的疲劳寿命，为工程设计和材料选型提供重要参考。

Dang Van准则用于预测零件在其整个载荷历程中是否会失效。

在开始之前，请将本教程中使用的文件复制到您的工作目录。

·http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-6050/spring-link.zip

在这种情况下，指定失效最小疲劳循环次数的常规疲劳结果不适用。有必要考虑零件在的整个载荷历程中是否会发生任何疲劳损伤。如果确实发生损坏，零件将无法达到无限寿命。

使用由5000N的垂直力、20000N的纵向力和2000径向力加载的弹簧连杆作用下，进一步添加扭转疲劳极限（TFL）和静水应力敏感性（HSS）用于Dang Van FOS计算。

扭转疲劳极限（TFL）：这是材料在扭转载荷下能够承受的最大应力，而不会发生疲劳破坏的极限。在旋转或周期性扭转载荷下，TFL是一个重要的参数，用于评估材料的疲劳性能。

静水应力敏感性（HSS）：静水应力是指在材料内部某点的所有应力分量的平均值，它与材料的塑性变形和破坏有关。静水应力敏感性描述了材料对静水应力的敏感程度，即静水应力对材料疲劳寿命的影响。

静水应力（Hydrostatic Stress）是工程力学中描述材料内部某一点应力状态的一个概念，也被称为平均应力。在材料力学中，物体内一个质点的受力情况可以用一个应力张量来表示。这个应力张量可以进一步分解为两个部分：一部分是导致质点发生形状畸变的应力偏张量，另一部分是导致质点体积改变的应力球张量。当应力球张量的三个分量值相同时，这个共同的值即为静水应力的值。

Dang Van FOS计算：Dang Van安全系数（FOS）是一种评估材料在多轴疲劳载荷下的安全程度的方法。它考虑了材料在不同方向上的应力状态，以及这些应力状态如何影响材料的疲劳寿命。在Dang Van FOS的计算中，TFL和HSS是两个关键参数，它们帮助确定在给定的多轴应力状态下材料的疲劳寿命。

图1.用于疲劳分析模型的弹簧连杆

一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件

本练习使用的模型是控制臂的模型。载荷和边界条件以及两个static Load Case已经在此模型上定义。

1.启动HyperMesh。

此时将打开User Profile对话框。

2.选择OptiStruct，然后单击OK。

这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。

二、导入模型

1.点击File>Import>Solver Deck。

导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。

2.对于File type ，选择OptiStruct。

3.选择文件图标。

此时将打开Select OptiStruct文件Browser。

4.选择保存到工作目录的Spring-link.fem文件。

5.单击Open。

6.单击Import，然后单击Close以关闭Import选项卡。

在以下步骤中要实现的Fatigue Analysis设置的云图。

图2.疲劳设置- FOS

三、设置模型

3.1定义TABFAT Load Collector

定义加载顺序的第一步是定义TABFAT曲线。这些曲线表示加载历程。

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Curve。

此时将打开Curve Editor窗口。

2.对于Name ，输入TABFAT。

3.在表中输入值，如图3 所示。

图3.

4.Close Curve编辑器窗口。

5.在Model Browser的Curves下，为card Image选择TABFAT。

3.2定义FATLOAD Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入FATLOAD_Vertical。

3.对于Card Image，选择FATLOAD。

4.对于TID（表ID），从曲线列表中选择TABFAT。

5.对于LCID（Load Case ID），从Load Step列表中选择Vertical。

6.将LDM（载荷大小）设置为0.01。

7.将Scale设置为1000.0。

8.重复此过程以创建2 个名为TABFAT卡的附加Load Collector ：

FATLOAD_LongitudinalFATLOAD作为卡片图像。

FATLOAD_RadialFATLOAD作为卡片图像。

9.将LDM设置为0.01，将Scale设置为1000.0。

3.3定义FATEVNT Load Collector

创建一个事件以分配创建的fatload。

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入FATEVENT_1。

3.对于Card Image，选择FATEVNT。

4.对于FATEVNT_NUM_FLOAD，输入3。

5.单击数据字段旁边的表图标，然后在弹出窗口中选择FATLOAD_Vertical、FATLOAD_Longitudinal和FATLOAD_Radial作为FLOAD。

3.4定义FATSEQ Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入FATSEQ。

3.对于Card Image，选择FATSEQ。

4.对于FATSEQ_NUM输入1，因为已创建1 个FATEVENT。

5.对于FID （疲劳事件定义），选择FATEVENT_1和N作为1。

Tip：右键单击N并选择Status进行编辑。

定义疲劳分析的事件序列已完成。接下来定义Fatigue参数。

3.5定义疲劳参数

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入fatparam。

3.对于Card Image，选择FATPARM。

4.验证TYPE是否设置为FOS。

5.将MAXLFAT设置为Yes。

FOS类型显示DANGVAN。

3.6编辑Material数据卡

此步骤介绍如何添加扭转疲劳极限和流体静力应力敏感性。

TFL和HSS是通过Dang Van准则计算FOS所必需的。

1.从Materials中，选择Mat1_FOS。

2.激活MATFAT。

3.对于UTS，输入600 MPa。

4.向下滚动并激活FOS。

5.对于TFL，输入102.0。

6.对于HSS，输入0.424。

7.单击Close退出Material卡。

3.7定义PFAT Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入pfat。

3.对于Card Image，选择PFAT。

4.将LAYER设置为TOP。

5.将FINISH设置为NONE。

6.将TRTMENT设置为NONE。

7.将Kf设置为1.0。

3.8定义FATDEF Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入fatdef。

3.将Card Image设置为FATDEF。

4.在PTYPE实体编辑器中激活PTYPE和PSOLID。

5.将FATDEF_PSOLID_NUMIDS编辑为1。

6.为PID选择spring_link，为PFATID选择pfat。

3.9定义疲劳Load Step

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step。

2.对于Name ，输入Fatigue 。

3.将Analysis type设置为fatigue。

4.对于FATDEF，请选择fatdef。

5.对于FATPARM，请选择fatparam。

6.对于FATSEQ，请选择fatseq。

四、提交作业

1.在Analysis页面中，输入OptiStruct面板。

2.单击输入文件字段后面的save as。

此时将打开Save As对话框。

3.对于File name ，输入名称spring_link_fatigue.fem。

4.单击Save。

5.单击OptiStruct提交分析。

五、查看结果

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView将启动并加载结果。此时将显示一个消息窗口，告知模型和结果文件已成功加载到HyperView中。

2.转到Results选项卡。

3.在Results选项卡中，从subcase字段中选择Subcase 4 （Fatigue）。

4.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

5.将Result type设置为FOS并单击Apply以绘制Element的云图。

图4.Dang Van云图

来源：TodayCAEer

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首次发布时间：2025-06-11

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