基于ANSYS Workbench的裂纹疲劳分析方法的研究

图6 等效应力云图

3.3疲劳裂纹扩展寿命计算

    套筒材料为40Cr。套筒身有裂纹（目前检测最大缺陷规格为：深0.9mm×长8mm），认为初始裂纹深a₀=0.9mm，长度2L=8mm。

    在套筒身有裂纹，取裂纹附近面积S，将面积S近似平板，由于套内均受油压P，这个平板可以看做有裂纹的受拉平板。由于裂纹深度较长度小得多，所以可以按具有穿透边裂纹的半无线大受拉平板的应力强度因子KI表达式来近似计算。

    将上述参数代入公式3中，得到套筒A、B、C处的临界裂纹分别为a_c1=54.28mm,a_c2=1.96mm,a_c3=93.04mm。取每一次循环中最小等效应力均为0MPa，故?σ₁=134MPa，?σ₂=703.34MPa，?σ₃=102.38MPa。将所有参数代入公式4，得到套筒A、B、C处疲劳裂纹扩展寿命分别为N₁=1.87×10⁵，N₂=334.45，N₃=4.65×10⁵。分散系数取3，则套筒A、B、C处剩余寿命分别为N₁⁄3=6.23×10⁴，N₂⁄3=111.48，N₃⁄3=1.55×10⁵，套筒A、C处剩余寿命均大于工作循环次数12100，故若裂纹在A、C处，套筒在安全范围，然而，套筒B出裂纹的剩余寿命小于工作循环次数12100，故若裂纹在B处，套筒不安全。

4 结论

    通过本文对疲劳裂纹扩展寿命的研究，给出了基于ANSYS Workbench的裂纹疲劳分析方法。本文算例可见，基于ANSYS Workbench的有限元结果，结合疲劳裂纹扩展寿命理论，快速有效地对含初始裂纹构件的疲劳裂纹扩展寿命进行了估算。算例结果表明，初始裂纹出现在构件薄弱部位，对构件的安全性能是不利的。这对于考虑含初始裂纹构件的疲劳评估具有积极的指导作用。