高温S-N疲劳分析

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在高温环境下工作的构件（如发动机部件、排气系统、热交换器等），其疲劳寿命不仅受到应力循环的影响，还与温度密切相关。温度变化会直接产生热应力循环导致疲劳损伤，同时材料的疲劳强度也会随温度变化。DesignLife 的高温 S-N 疲劳分析功能通过 Hybrid Load Provider 将温度数据与应力数据关联，实现考虑温度效应的疲劳寿命预测。

在本节中，我们将以不锈钢波纹管为例，学习如何使用 SN Analysis Engine 和 Hybrid Load Provider 进行温度相关疲劳分析。示例涵盖五种不同的加载配置，从标准高温分析到逐循环高温 duty cycle 分析。

示例文件与设计背景

文件位于 \demo\designlife\14_HighTemperatureSN\ 目录下。波纹管内孔和外径分别施加温度历程，总持续时间为 6000 秒。此外，波纹管每 200 秒承受一次压力脉冲，在热循环总持续时间内重复 30 次。

FE 分析分三个阶段进行，产生三个 ANSYS 结果文件：temperature_history.rth（温度历程，时间点 1/1200/5000/6000 秒）、thermal_stresses.rst（热应力，四个时间点）、pressure_loading.rst（5 MPa 压力载荷产生的单一应力状态）。

Hybrid Load Provider 概述

Hybrid Load Provider 提供两项能力：将温度和应力匹配以进行温度相关疲劳计算；通过组合不同类型的 load provider 创建应力时间历程。它至少需要一个子 load provider，可以是 Time Step、Constant Amplitude 或 Time Series 类型，还可包含 Temperature load provider。

时间对齐规则

当子 load provider 的时间点不同时，总应力历程的时间点取所有子 load provider 时间点的并集。缺失时间点的应力通过相邻时间点插值获得。起始时间取最早的子 load provider 起始时间，结束时间取最晚的结束时间。较短的 load provider 会通过重复填充时间间隙。

初始流程设置

步骤1　加载 high_temperature.flo 流程，依次将 pressure_loading.rst、thermal_stresses.rst、temperature_history.rth 拖到 FEInput1 glyph 上（顺序很重要）。

步骤2　右键 SNAnalysis1 glyph 选择 Advanced Edit。在 FE Results > FEResultsImport > ResultsSet 中确认 IncludeTemperatures = True。

步骤3　在 SNEngine 属性中将 SNMethod 设为 MultiTemperatureCurve，TemperatureSelection 设为 AllAvailable。

TemperatureSelection 属性定义如何处理温度历程：OverallMax/OverallMin/OverallMedian 使用整个时间历程的最大/最小/平均温度作为所有循环的恒定温度；CycleMax/CycleMin 使用逐循环的最大/最小温度进行温度修正。TemperatureInterpolationLimit 定义温度超出 S-N 数据范围时是外推还是使用最高温度曲线。

步骤4　Edit Material Mapping 中将 Material Type 设为 SN temperature multi-curve，选择 SN_HighTemperature_TestData 材料拖到 Default Material。该材料包含从室温到 1050 C 的四条不同温度下的疲劳曲线。

示例1：标准高温恒幅加载

单一压力载荷循环施加到模型上，每个节点使用热循环期间最高温度确定的疲劳属性。Temperature Load Provider 设为 Max 模式，Constant Amplitude Load Provider 将压力应力从零循环到 5 MPa。

步骤1　Edit Load Mapping，设 Loading Type = Hybrid。添加 Temperature Load Provider，Mode 设为 Max。添加 Constant Amplitude Load Provider，选择压力载荷工况，Min factor 改为 0。

运行后最大损伤为 8.273e-7（节点 13801），这是开/关第一个应力载荷工况产生的损伤。Data Values Display 中 Temperature 列显示每个节点使用的最大温度。

示例2：逐循环高温恒幅加载

压力载荷循环每 200 秒施加一次，每个节点使用每个循环期间最高温度确定的疲劳属性。Temperature Load Provider Mode 设为 All，Constant Amplitude Load Provider 的 basetime = 100，sample rate = 0.01。TemperatureSelection 设为 CycleMax。

此加载定义产生 6000 秒长度的信号。Constant Amplitude Load Provider 的 basetime 产生 100 秒的起始偏移，sample rate 0.01 表示最大最小点之间间隔 100 秒，重复之间的填充间隔也是 100 秒。

示例3：逐循环高温时间步+恒幅加载

在 6000 秒热瞬态应力历程上叠加每 200 秒一次的压力载荷循环。Hybrid Load Provider 将热应力和压力应力叠加，并与温度数据关联。Timestep Load Provider 定义温度历程引起的热应力，Constant Amplitude Load Provider 循环压力应力。

节点 13801 的最短寿命为 8.263E4 repeats。可以通过 Advanced Edit 添加 Time Series Output 和 Static Entity Subset 来输出特定节点的应力时间历程。

示例4：逐循环高温时间步+时间序列加载

使用 800 秒的变化时间序列压力载荷循环叠加在 6000 秒热瞬态应力历程上。TimeSeries Load Provider 使用时间序列比例因子文件（pressure_hist.s3t），文件总长 700 秒，采样率 0.01，填充后段持续 800 秒。

最大损伤节点为 13792，寿命为 2.738E4 repeats。

示例5：Duty Cycle 中的逐循环高温分析

前 5000 秒施加压力载荷循环叠加热瞬态应力，5000 秒后压力停止，系统继续冷却 1000 秒。这需要使用 Duty Cycle Load Provider 顺序运行两个 Hybrid Load Provider：第一个包含温度、时间步和恒幅载荷（1-5000 秒），第二个仅包含温度和时间步（5000-6000 秒）。

步骤1　Edit Load Mapping，设 Loading Type = Dutycycle，加载 hybrid_dutycycle.dcy 文件。检查两个 Hybrid Load Provider 的温度和时间步分配。