基于LSDyna和VPG的疲劳分析.docx

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基于LSDyna和VPG的疲劳分析

基于LS-Dyna和VPG的疲劳分析

前不久接触了一下疲劳分析，先将搜集的资料和我的一些心得体会整理如下。

欢迎大家拍砖。

目前用得比较多的疲劳分析软件主要有一下三款：

MSC公司的MSC.Fatigue、Fe-Safe、已被Ansys公司收购并整合到workbench中的ANSYS13.0nCodeDesignLife。

另外，Ansys中的workbench现在也可以做一些简单的疲劳分析。

但是这些主流的疲劳分析软件都不支持Ls-Dyna的瞬态分析结果。

一种解决办法是在提交LS-Dyna计算时，将*DATABASE_FORMAT中的iform设置为2，输出Ansys格式的结果，然后再导入到MSC.Fatigue、Fe-Safe、或者nCodeDesignLife中进行疲劳分析。

需要注意的一点是，目前只有ANSYS13.0nCodeDesignLife可以支持Ansys13.0格式的结果，而目前流行于网络上的MSC.Fatigue和Fe-Safe都只支持版本比较老的Ansys的结果。

对于情况比较复杂、要求结果很精确的疲劳分析，当然首选以上三种主流的疲劳分析，但是对于一般的疲劳分析，我们可以采用VPG中的ETA/PostProcessor来做疲劳分析。

VPG是美国ETA公司（EngineeringTechnologyAssociates,Inc.）基于LS-Dyna平台开发的主要面向汽车行业仿真的前后处理软件，可以方便的对LS-Dyna的进行前后处理。

VPG对LS-Dyna瞬态分析的结果进行疲劳分析的步骤如下：

1、启动ETA/PostProcessor软件

ETA/PostProcessor的启动有两种形式，一种是从VPG中启动，另一种是直接从程序-》vpg3.3-》etapost，直接启动ETA/PostProcessor。

本文对从VPG中启动ETA/PostProcessor具体介绍。

1.1、从VPG中启动，创建数据库文件

运行VPG软件，会弹出一个窗口。

如图1.1所示。

对于第一次运行该软件的用户，可以直接在文件名栏中输入一个文件名，然后打开，vpg就提示，是否要创建新的文件，点击“YES”即可，VPG就自动为用户创建了一个新的etadatabasefile文件。

若电脑中已存在etadatabasefile，找到该文件并打开即可。

图1.1数据库创建窗口

1.2、选择求解器

在创建了新的数据库文件后，VPG提示用户选择求解器类型。

VPG支持多种求解器的格式，如图1.2所示。

选择求解器和后面的选择单位制都是针对用VPG做前处理的设置，与本后面的疲劳分析并无关系，所以可以随便选择。

图1.2求解器选择窗口

1.3、选择单位制

图1.3单位制选择窗口

1.4、进入后处理模块

完成前三步的设置后，我们直接进入后处理模块，点击菜单栏中的POST，如图1.4所示，VPG自动调用后处理模块ETA/PostProcessor，其界面如图1.5所示。

图1.4进入后处理模块

图1.5ETA/PostProcessor界面

2、打开lsdyna结果文件

打开lsdyna瞬态动力学分析结果文件。

ETA/PostProcessor的本身是作为lsdyna的后处理器开发的，其后处理功能十分强大，本文中不再做介绍。

顺便提一句，通过菜单栏edit-》languagesettings，可以将ETA/PostProcessor界面可以改为中文。

3、进入疲劳分析界面

读入LS-DYAN的结果文件后，单击菜单栏中的Tool-》Fatigue进入疲劳分析模块。

不同的版本，其位置可能不一样，本文中是ETA/PostProcessor1.7.5的界面，如图3.1所示。

进入疲劳分析模块后，在ETA/PostProcessor的右边将会出现如图3.2所示的疲劳分析设定界面。

图3.1进入疲劳分析模块

图3.2疲劳分析设定

3.1选择单位制

有限元分析中，很重要的一步就是要统一单位制，否则求解的结果就是错误的。

对有限元的结果进行疲劳分析，其单位制必须与LS-DYNA中选用的单位制一致。

本文中在LS-Dyna的中的单位制如表1所示。

Table1Unitsystem

Length

Mass

Force

Time

Stress

M

KG

N

s

N/m^2

（Pa）

故在单位制中选择压力的单位为Pa。

3.2、选择分析类型

对于应力比较小，材料未进入塑性阶段的线性分析，选择第二种elastic；对于弹塑性问题，选择第一种true（non-linear）。

这个主要是根据不同的应力类型，确定疲劳分析时的算法。

3.3、选择应力形式

选择疲劳分析中所用的应力的形式，第一应力，考虑方向的mises应力和不考虑方向的mises应力。

这个根据实际需要选择，一般选择考虑方向的mises应力作为疲劳分析的依据。

3.4、选择需要疲劳分析的单元

有时并不是需要对模型中的所有部件都进行疲劳分析，只要对某些关心的部件进行分析，ETA/PostProcessor可以仅仅选择部分单元进行分析，选择单元的方式如图3.3所示。

选择了单元后，点击exit退出单元选择界面。

图3.3单元选择界面

3.5、赋予材料属性

疲劳分析中，很重要的一个就是要有材料的应力寿命或者应变寿命曲线。

ETA/PostProcessor1.7.5中自带了汽车行业中常用的材料参数。

点击materialdefinition进入材料属性窗口。

然后在点击create选择自带的材料或者创建新的材料，如图3.4所示。

图3.4材料属性选择窗口

若采用软件自带的材料属性，直接点击下方的ok即可，如图3.5所示。

若要自己定义材料属性，逐行定义参数，再点击ok，就会将自定义材料保存在软件的数据库中。

图3.5材料属性定义窗口

选中已选择的材料模型，，点击assign，将该材料赋给part，如图3.6。

然后会弹出一个窗口，要求选择赋予该材料属性的part。

若该分析模型中有多种材料，就需要逐一赋予材料属性。

如果所有的part都是同一个种材料，可以勾选assigntoallparts，直接将材料属性赋给所有parts。

图3.6材料属性赋予窗口

3.6、选择疲劳分析结果显示的形式

ETA/PostProcessor提供两种分析结果显示的形式：

节点或者单元。

如果选择节点，结果为单元上所有节点的平均值，这样结果云图将比较光滑。

如果选择的是单元，每一个单元的疲劳分析的结果将会被显示，这样的云图将不如节点形式那么光滑。

这仅仅为结果的显示形式，不会影响疲劳分析结果的计算。

3.7、选择疲劳分析结果的类型

ETA/PostProcessor提供两种分析结果的类型，一种是损伤，另一种是剩余寿命，即失效前能够承受的循环次数。

3.8、计算结果

点击plot，软件开始计算。

计算时间有模型的大小决定。

计算完成后，将会将结果显示出来。

若想切换结果的显示形式或结果的类型，只需在选择后再点击plot即可。

3.9、其他未尽事项

其他的一些关于VPG的疲劳分析原理和疲劳结果的后处理，限于本人精力和时间，不再做介绍，具体参考附件VPG_34_Fatigue_Tutorial_APR09.pdf。