掌握ncode仿真计算—从弯扭组合载荷下的试件疲劳分析开始
导读：掌握 nCode 疲劳计算技术可精准预测复杂载荷（如弯扭耦合、热机械循环）下的结构寿命，误差较物理试验降低至 15% 以内，使汽车传动轴等部件验证周期从 6 个月压缩至 2 周、成本降低 94%，在航空发动机叶片裂纹预测中精度提升 40%，直接避免单次非计划维修超 200 万美元损失，同时赋能轻量化设计（零部件减重 15% 而寿命反增 3 倍），成为高端装备可靠性设计的核心技能，显著提升工程师在新能源、航空航天等领域的核心竞争力。
3月20日20时，笔者在仿真秀直播间做《疲劳理论基础及nCode 软件操作软件操作演示公开课》，欢迎大家莅临直播间交流。
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本案例对一个试件加载不同工况的弯曲和扭转组合载荷，使用得到的应力结果进行疲劳分析。结构计算中含有两个加载步，使用两个测试非恒幅载荷（序列载荷）来计算不同工况的叠加疲劳，基于这个案例可以实现不同工况的疲劳损伤叠加计算。视频文件主要演示练习workbench和ncode的基础操作，一些经验介绍会更详细一些。
1.1 演示文件
后缀为.wbpz的文件为存档压缩文件，使用前需要打开并另存为.wbpj文件。1.启动Workbench，选择文件>打开或者导入均可，选择.wbpz后缀文件直接打开也行，然后另存为即可。2.sae_shaft_1工程项目中包含一个DesignModeler几何处理模块和一个静态结构模块。疲劳仿真要求使用nCode材料库中的材料，不然进入nCode中会提示报错，重新指定材料属性，并更新Mechanical模块。
3.双击B2（B模块的第二行）位置进入Engineering Date工程数据。
4.双击模块顶部的Engineering Data Suorces，打开Engineering Data Sources窗口。该窗口罗列出了所有可用的材料数据。鼠标向下滚动并选择nCode_matml。(如果nCode_matml当前不显示，单击Click here to add a new libary后边的磁盘图标，浏览ANSYS nCode DesignLife安装目录下的glyphworks\mats文件，选择nCode_matml.xml。)
5. 选择nCode_matml作为数据源，其内容就会展示在下方Outline窗口中。向下滚动，找到Carbon Steel SAE1045_390_QT。点击可查看材料疲劳特性类型及其材料信息。该材料集包含EN疲劳分析所需的EN材料属性。点击该数据集上的加号Add，将此材料模型添加到Engineering Data中。添加材料于Engineering Data中，便独立于Engineering Data Sources之外，可进行修改或将其属性设置为参数。9.模型几何结构为Solid实体。展开geometry列表，选择零件Solid，查看Solid窗口左下方的详细信息。在“Material（材料）> Assignment（任务）”下，选择Carbon Steel SAE1045_390_QT.该模型的分析包含两个加载步。轴的大端完全固定，小端定义两个载荷。第一个力施加在Y方向上，第一个载荷步下大小为1N，第二个载荷步下大小为0。下图为Mises等效应力云图，该载荷下应力主要集中在轴肩半径周围。第二个载荷是在X方向上施加的扭矩，第一个载荷步下大小为0，第二个载荷步下大小为1000Nmm。扭矩产生的应力状态如图所示。完成结构分析后，进入DesignLife计算疲劳。使用workbench的疲劳工具也可以计算部件疲劳，但是只能查看一个部件的疲劳寿命或者损伤，不能计算多个工况的叠加疲劳损伤情况。但是使用该疲劳工具计算疲劳问题，非常直观易懂，可以作为初级疲劳计算案例使用，有助于理解SN曲线、载荷系数、应力比、应力选择等相关疲劳概念。11.选择File：：Close MechanicalWorkbench项目界面左侧工具箱中有DesignLife的八种分析系统。前两种方法适用于高周疲劳和低周疲劳的应变寿命分析。nCode EN Constant适用结构分析结果的开始和结束时刻比例系数乘以结构应力分析结果生成应变载荷循环。nCode EN TimeSeries使用结构应力结果以及时间历程载荷，通过线性叠加创建应变历程。nCode EN Constant系统并更改Load Mapping对话框中的Loading type，可以轻松设置nCode En时间步长。SN分析系统适合于高周期疲劳的应力-疲劳分析。系统提供了恒定幅值和时间历程两种加载方式。后边两个系统是在频域内进行应力-疲劳分析，分别是nCode SN VibrationPSD 和 nCode SN VibrationSweptSine。最后两个系统适用焊缝分析引擎来分析焊缝。第一个是nCode WeldShellSeam，用于解决基于壳体的焊接模型。第二个是nCode WeldSolidSeam，用于求解基于固体元素的焊接模型。1.本案例中使用时间序列载荷进行应变疲劳计算。在分析系统选择中选择nCode EN TimeSeries (DesignLife)系统，然后将其拖放到单元B6（静态结构系统）上。DesignLife系统被整合到项目中，与结构分析模块系统共享材料工程数据，并从结构计算中导入计算结果。（编辑DesignLife之前点击更新。)2.右击DesignLife系统的Solution单元(C5)，并从菜单中选择Edit。双击打开也行。b. DesignLife自动加载分析流程。该流程使用一组连接的模块来执行疲劳计算。c. 结构计算ANSYS结果文件（.rst文件）被加载在Simulation_Input 中。d. 创建一个与材料、材料名称和部件名称相关的材料列表文件，并将其加载到Bill_of_Material_Input中。e. 相关材料数据被写入一个matml文件，该文件被设置为DesignLife的默认材料数据库。此文件包含材料列表中的材料定义。f. 疲劳分析系统中的单位制和结构系统中的单位制保持一致。在本例中，ANSYS结构单元设置为公制单位 (MPA,MM,N,TNMM,DEGC)。进行疲劳分析之前，我们需要加载载荷历程文件，并将其加载到load Mapper中。1.最大化Simulation_Input。显示引用的ANSYS结果文件中包含的模型。2.右键单击“Simulation_Input”，并从上下文菜单中选择Properties以打开Properties对话框。显示一个带有三个选项卡的对话框。显示的页面列出了加载到字形中的ANSYS结果文件。选择“FE显示”选项卡将显示管理结果、模型和组选择的对话框。4.最小化Simulation_Input的标志符号。5.最大化TimeSeries_Input，并选中Display复选框。显示数据文件shast_loads.st3中包含的两个时间历史记录。顶部(红色)轨迹是在弯曲时施加在轴上的力，单位为N（在垂直载荷环境下的弯曲载荷为1 kN）。底部(蓝色)轨迹是施加在轴上的力矩，单位为kNmm。6.最小化TimeSeries_Input的标志符号。7.选择File: Exit nCode。这将关闭DesignLife，并返回到项目页面。8.在Workbench工具栏中选择Update Project以更新DesignLife原理图。9.选择“DesignLife Results”单元(C6)，然后右击View打开nCode Viewer，显示当前DesignLife Solution。此查看器具有与FE Display相同的属性。一个案例学会ncode仿真计算，弯扭组合载荷下的试件疲劳分析
DesignLife的过程和结果保存在Workbench项目中。在“File”菜单中，可以保存整个项目(包括DesignLife)。为了帮助用户了解学习疲劳基础知识，学习NCODE软件操作方法，了解疲劳分析工程项目相关注意事项，仿真秀邀请平台优秀讲师孙一凡，于2025年3月20日晚上20：00做客仿真秀，为大家带来《疲劳理论基础及NCODE软件操作演示》免费公开课直播主题：疲劳理论基础及NCODE软件操作演示公开课
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