基于LS-Dyna和VPG的疲劳

1、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ANSYS 13.0 nCode DesignLife。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

2、.Fatigue、Fe-Safe、或者nCode DesignLife中进行疲劳分析。需要注意的一点是，目前只有ANSYS 13.0 nCode DesignLife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/Post Processor来做疲劳分析。VPG是美国ETA公司（Engineering Technology Associates, Inc.）基于LS-Dyna平台开

3、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/Post Processor软件ETA/Post Processor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-vpg 3.3-etapost，直接启动ETA/Post Processor。本文对从VPG中启动ETA/Post Processor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

4、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eta database file文件。若电脑中已存在eta database file，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

5、.4所示，VPG自动调用后处理模块ETA/Post Processor，其界面如图1.5所示。图1.4 进入后处理模块图1.5 ETA/Post Processor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/Post Processor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-language settings，可以将ETA/Post Processor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

6、本，其位置可能不一样，本文中是ETA/Post Processor 1.7.5的界面，如图3.1所示。进入疲劳分析模块后，在ETA/Post Processor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。Table 1 Unit systemLengthMassForceTimeStressMKGNsN/m2(Pa)故在单位制中选择压力

7、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/Post Processor可以仅仅选择部分单元进行分析，选择单元的方式

8、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/Post Processor 1.7.5中自带了汽车行业中常用的材料参数。点击material definition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

9、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assign to all parts，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/Post Processor 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/Post Processor 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