OptiStruct教程：基于E-N方法的随机响应疲劳分析

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基于E-N（应变-寿命）的随机响应疲劳分析是一种用于预测材料在循环加载下发生疲劳破坏的方法。这种方法特别适用于低周期疲劳分析，即在循环加载次数较少（通常少于10,000次）且应力超出材料的屈服强度，导致每次循环中都发生显著塑性变形的情况。在这种情况下，E-N方法比传统的S-N（应力-寿命）方法更为合适，因为S-N方法主要适用于高周期疲劳，即循环次数较多且应力主要在弹性范围内的情况。

研究结构在非确定性载荷下的疲劳寿命。

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-6070/CAD-box-eN.zip

来自随机响应分析的功率谱密度（PSD）用于计算弯矩，这些弯矩用于生成循环次数与应力范围的概率密度函数。

使用经过随机响应分析的📦模型进行随机响应疲劳分析。已经为该模型进行了随机响应分析设置，在本例中为EN-疲劳计算创建了一个额外的Load Step。加载频率由FREQ1 卡定义，RANDPS用于应用Auto和Cross PSD。

图1.用于疲劳分析的CAD箱模型

一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件

本练习使用的模型是一个简单的CAD盒子模型。该模型已经定义了四个Load Step，每个Load Step分别代表模态分析、约束点的频率响应和随机响应分析。

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.选择您保存到工作目录的CAD-box-eN.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.疲劳设置随机– EN损伤

三、设置模型

3.1定义FATLOAD Load Collector

该模型具有由RANDPS卡定义的随机响应Load Step。RANDPS卡包含在约束位置应用的两个输入PSD（AutoPSD_A和AutoPSD_B）以及它们之间的交叉PSD （CrossPSD_AB）。

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

2.对于Name ，输入FATLOAD_RANDOM。

3.对于Card Image，选择FATLOAD。

4.对于LCID（Load Case ID），从Load Step列表中选择Random响应。

Note：此计算不需要TABFAT和缩放参数。

3.2定义FATEVNT Load Collector

为创建的FATLOAD_RAND创建随机响应事件。

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

2.对于Name ，输入EVENT_RANDOM。

3.对于Card Image，选择FATEVNT。

4.对于FATEVNT_NUM_FLOAD，输入1。

5.单击 Data字段旁边的Table图标，然后在弹出窗口中为FLOAD选择FATLOAD_RANDOM。

3.3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EVENT_RANDOM和N作为1。

图3.显示已创建RAND_EVENT的FATSEQ

定义疲劳分析的事件序列已完成。接下来定义Fatigue参数。

3.4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Fat-Parameter。

3.对于Card Image，选择FATPARM。

4.验证TYPE是否设置为EN。

5.将UCORRECT设置为NONE。

6.将STRESS COMBINE设置为VONMISES。

7.将CERTNTY SURVCERT设置为0.9。

8.将RNDPDF设置为：

DM1 =DIRLINK

DM2 =LALANNE

DM3 =NARROW

9.选中Random下的RANDOM选项并编辑以下选项：

FACSREND = 8.0 （计算应力范围的上限（SREND））

NBIN = 100 （计算计算概率的应力范围范围（∂∂S）的宽度）

图4.概率密度函数。（循环次数与应力范围的概率密度）

3.5定义疲劳材料属性

疲劳分析的材料曲线可以在MAT1 卡上定义。

1.在Model Browser中，点击MAT1Material。

Entity Editor随即打开。

2.在Entity Editor中，将MATFAT设置为EN。

3.将UTS（极限拉伸应力）设置为110。

4.对于EN曲线集（这些值应从Material的EN曲线中获得）：

SF：166.0

B：-0.096

C：-0.669

EF：1.643

NP：0.144

KP：154.0

NC：2E+06

SEE：0.300

SEP：0.300

A/R：A

3.6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Surface_Treatment。

3.对于Card Image，选择PFAT。

4.将LAYER设置为WORST。

5.将FINISH设置为FORGE。

6.将TRTMENT设置为NONE。

7.将Kf设置为1.0。

3.7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Fat-definitions。

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.单击数据字段旁边的表格图标，然后在弹出窗口中选择Box用于PID，并为PFATID选择Surface Treatment。

7.单击Close。

3.8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Vibration_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CAD_Box_Vibration_Fatigue_EN.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 5 （Vibration_Fatigue）。

4.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

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

图5.损伤云图

来源：TodayCAEer

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首次发布时间：2025-06-27

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