MSC.Nastran嵌入式疲劳分析：技术与应用

功能介绍

传统疲劳分析过程为：有限元求解软件计算结构应力，导入疲劳前处理定义疲劳材料、载荷和应力信息，后利用三者计算疲劳结果。需要用到多个软件，操作步骤多，中间数据量大，造成设计周期加长。在MSC.Nastran 2013版本中为了解决上述问题，新增加了嵌入式疲劳功能，即在一次求解中完成疲劳分析，结束了以前有限元求解软件只能计算强度的历史。

MSC.Nastran 嵌入式疲劳支持功能如下：全寿命法（S-N方法）和初始裂纹法（或应变-寿命（ε-N）、点焊疲劳、缝焊疲劳、多轴疲劳，包含表面处理修正、线性损伤累积、安全因子计算等功能；支持在线性静态分析（SOL 101)、模态瞬态方法(SOL 103、SOL 112）中直接计算疲劳损伤和疲劳寿命，从而提供疲劳分析的效率，减少分析实际。同时还能实现和疲劳寿命相关的优化（SOL 200），即以疲劳寿命或疲劳损伤为优化目标或者优化的约束条件对结构进行优化。同时，Patran  2013支持该功能。

计算案例

以下图所示结构，在载荷P作用下，计算该部件疲劳寿命

本例MSC.Nastran求解文件如下：

其中求解文件中，要求MSC.Nastran进行疲劳分析语句为：

其中44，为疲劳载荷和疲劳全局参数ID。

可以定义疲劳分析结果输出格式（FORMAT）、是否输出文本文件（PRINT到F06文件中）、疲劳分析对应载荷等。

目前MSC.Nastran输出疲劳结果格式支持多种后处理软件，用户可根据习惯自由选择。对该语句，Patran对应图形界面为，可要求进行疲劳分析、定义疲劳分析区域等，如下：

疲劳计算方法、参数定义语句，疲劳参数包括：疲劳方法、计算应力类型、是否进行塑性修正（应变疲劳）、疲劳计算位置（节点、单元）、是否进行多线（核）程计算、雨流分析参数定义、置信区间定义、应力单位定义（MPa）等。

疲劳载荷定义，目前MSC.Nastran中支持用户文本定义载荷历程、dac、rsp文件和TABLFTG等，同时，定义疲劳载荷对应的SUBCASE ID，且可以定义比例系数、正则化系数、偏移因子等，对准静态法疲劳分析，疲劳载荷语为                FTGSEQ/FTGEVNT/FTGLOAD,三者之间相互引用关系如下：

Patran中定义界面为：

MSC.Nastran支持SN、EN疲劳材料定义，本例中语句为：

上述语句定义S-N曲线如下：

Patran中定义界面如下：

MSC.Nastran嵌入式疲劳分析结果包括：单次循环损伤（log显示）、循环次数（log显示）、最大应变、最大应力、最小应变、最小应力等。本例中Patran界面显示如下：

嵌入式疲劳益处：

整个流程在MSC.Nastran中，对使用者，只是扩展了少量语句，即可完成疲劳分析，学习成本小。

整个流程基于同一软件完成，分析流程缩短，提高分析效率；

中间过程数据少，CPU/内存/硬盘资源消耗少；

中间过程数据少，方便管理。

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