Ansys Mechanical｜内嵌nCode疲劳仿真工具

疲劳分析是分析结构受到周期性载荷作用下，结构应力远小于强度极限情况，甚至结构应力比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏的情况。Ansys nCode是国际著名的疲劳耐久性仿真分析软件，其多个版本以前已经可以和Ansys Mechanical进行无缝以进行联合分析。而在Ansys Mechanical （2020R2及更高版本）中可以进一步将nCode进行内嵌，完成结构分析后即可进行疲劳仿真设置，从而提高疲劳仿真效率。

Embedded nCode Designlife内嵌到Mechanical模块中，需要使用到以下插件

MechanicalEmbeddedDesignLife.wbex，其操作方法参见附录。

下面是笔者实际工作中的一个疲劳仿真案例，说明如何在Ansys Mechanical中使用Embedded nCode分析工具。

如下图，为某空调压缩机模型，外壳通过三处安装柱以螺纹形式进行固定，皮带轮在外载荷作用下，带动内部压缩阀等部件转动，进而实现空气压缩。由于压缩机工作过程为高速运转过程，同时其上的皮带轮所受到的外部载荷具有较大的波动性，因此容易造成压缩机壳体等部件在工作过程中发生疲劳失效，进而影响压缩机的正常工作，从而需要对压缩机壳体等部件进行疲劳仿真计算。

之前版本的Ansys Mechanical软件需要在完成结构分析后，在拖入nCode的相应模块进行疲劳仿真，如下图所示。要进行疲劳仿真需要打开nCode界面，并在nCode模块中进行设置，此种方式的优势在于可以使用全面的nCode功能。但是缺点在于需要在不同的界面进行切换以及数据传递更新。

在完成结构分析或者调整后，可以直接在同一个界面下进行仿真计算。如下图所示。

在Mechanical内部的nCode DesignLife中进行疲劳载荷设置，进而可以直接利用上游完成或者修改好的仿真结果，同时也避免了界面来回切换。此处主要需要设置的内容包括如下：

1、求解设置：

设置分析类型应力、应变、或者缝焊疲劳（由于模型中无缝焊，因此未显示），及平均应力修正方式、多轴处理方式、缩放比例等。本模型选择应力疲劳，采用Goodman修正方法，其余采用默认设置。

2、疲劳求解区域指定：

此处可以通过几何指定疲劳分析对应的体、或者面，也可以通过Named Selections指定。本模型中直接通过几何选择，选择关心的压缩机外壳可能发生疲劳失效的面，如下图所示：

3、载荷事件、载荷类型及载荷指定：

此处Load Mapper位置下可以指定多个不同类型的载荷，例如时间序列载荷、时间步载荷、和恒定幅值载荷三种类型。同一个载荷事件下可以指定多个载荷，但是同一个载荷事件下的载荷类型必须相同。

本模型测得的轴承位置载荷为时间序列，因此仅设置一个事件，并在其下设置一个时间序列载荷，时间序列及曲线。

4、求解及结果提取

现阶段版本可以提取的疲劳分析结果如下图所示，包括疲劳寿命、疲劳损伤、安全因子及其它，其它选项中包括属性ID、材料ID、损伤等。本模型计算得到的压缩机外壳疲劳如图所示，仅在SolutionGroup选中的面才给出了疲劳寿命分析结果。

新版本软件内嵌了nCode的部分功能，可以实现比Mechanical Fatigue更加丰富的计算，可以满足更多的疲劳仿真需要，后期版本将会有更加丰富的功能加入进来。使得疲劳分析更加便捷。

附：nCode Design Life 内嵌至Ansys Mechanical步骤。

1、nCode 2020R2安装压缩包解压后文件目录如下所示，其中红色框内即为需要使用到的插件。

2、在Workbench界面选择Extension菜单，选择扩展开始页面

3、进入页面后选择右上角的“+”号按钮

4、浏览到插件所保存的位置，并选中插件。

5、鼠标滚轮往下滚动，可以发现如下红色框所示的插件已经导入，选择黄色框内的小三角形可以弹出加载扩展、workbench启动即加载插件、卸载插件选型。选中加载插件。

6、如下所示，在Workbench中的toolbox中可以看到插件已经安装完成，可以直接使用了。