FKM规范针对非焊接构件静强度评估实例介绍（下篇）

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了FKM Inside ANSYS软件，该软件基于FKM规范，在ANSYS Workbench内开发，用于母材及焊缝的静强度和疲劳强度评估。文章通过一个轴肩模型的实例，详细阐述了静强度评估的流程，包括评估应力的获取、材料属性的修正、设计参数的修正、构件强度极限的计算、安全系数的确定以及静强度评估等步骤。此外，文章还总结了FKM规范的应用范围和FKM Inside ANSYS软件的优势，如自动嵌入计算流程和方法，提高计算效率等。

【FKM Inside ANSYS软件】该软件是在FKM 规范的基础上，在ANSYS Workbench内开发的进行母材及焊缝静强度和疲劳强度评估的工具包。基于ANSYS计算模型的信息，在图形用户界面定义相关设置，利用有限元分析计算结果，自动嵌入FKM规范要求的静强度计算和疲劳强度计算流程和方法，自动将应力结果和相关物理量传递给工具包，无须手动预先选择评估的热点区域，可以自动计算模型中表面每个节点的利用度。

全文分为上、下两篇，“FKM规范在非焊接构件中的静强度评估方法介绍（上篇）”在前面已经给大家做了详细介绍。本篇为下篇，主要结合FKM规范及FKM inside ANSYS软件针对非焊接构件的手动计算实例及软件计算实例进行介绍，希望大家对FKM规范在非焊接构件静强度评估中的手动及软件计算过程有基本的了解。

一、问题描述

本文选择FKM规范中第一个实例，轴肩模型，参见FKM规范6.1shaft shoulder。分别采用手动计算及软件计算简要介绍计算流程。如下图所示是计算模型及已知条件说明，需要基于FKM规范对该轴肩模型进行静强度评估。

二、静强度评估流程

下面将分别介绍基于名义应力法、局部应力法以及FKM Inside ANSYS软件进行评估的流程。

1、评估应力的获取：应力可以采用理论力学的基本方法、有限元法、边界元法计算或者也可以通过试验测量。当计算应力时，采用线弹性材料本构模型。注意名义应力法计算的弯曲及扭转应力需要单独计算。

2、材料属性的修正：考虑构件实际尺寸、工作环境温度和应力状态等修正得到构件的每个评估部位的实际屈服强度及抗拉强度。

综合考虑了几何尺寸因子及各项异性因子之后材料抗拉及屈服强度极限的修正公式如下表所示：

3、设计参数的修正：针对非焊接构件，设计参数包含截面因子，灰口铸铁以及软化铝因子。本例模型非灰口铸铁或软化铝材料，因此只需计算截面因子。

4、构件强度极限：在确定了各相关影响因子后，可以计算构件的强度极限。

5、安全系数：在确定了各相关影响因子后，可以计算构件的强度极限。

6、静强度评估：基于构件的实际应力、修正后的构件强度极限以及安全因子计算构件的利用度。其中名义应力法首先进行单项利用度计算，之后对各单项利用度进行合成计算组合利用度。局部应力法直接利用等效应力进行利用度的计算。相关公式参见如下表格：

三、总结

FKM规范是德国机械标准协会根据机械产品在实际工程中的应用情况，统计出来的关于极限强度和疲劳强度的使用规则，在欧洲多个工业领域（例如轨道交通、风机、通用机械及能源等领域）已得到大范围的应用。

本文基于一个简单的实例，分别通过理论计算（包含名义应力法及局部应力法）及软件计算介绍了FKM规范静强度评估的过程，并对各个方法进行了总结对比，通过对比可以发现FKM inside ANSYS软件可以直接提取有限元分析结果，自动嵌入FKM规范要求的静强度计算和疲劳强度计算流程和方法，将ANSYS计算应力结果和相关物理量传递给工具包，用户无须手动预先选择评估的热点区域，可以自动计算模型表面每个节点，在ANSYS Workbench内计算并显示评估的静强度利用度，大大提高计算效率。

作者：王庆艳，安世中德工程师，仿真秀科普作者，车辆工程专业硕士学位，10多年的CAE行业技术服务、工程技术经验，参与了航空航天、电子、石油石化等多个行业的多个仿真咨询及开发项目，积累了大量工程仿真应用经验。目前同时负责基于FKM规范开发的静强度及疲劳强度评估工具、基于VDI2230规范开发的螺栓强度校核工具的相关技术工作。

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