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阿阳的疲劳计算简明教程，本系列博客仅用于个人学习，除此之外，无其他任何用途。
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因个人能力有限，该系列博客难免有所疏漏/错误，不妥之处还请各位批评指正。
一、概述
英国恩科(nCode)国际有限公司是国际著名的疲劳耐久性工程专业公司和技术领导者。自80年代公司成立至今，引导并推动了疲劳理论在工业领域中的应用及其发展。
高周疲劳 （high-cycle fatigue）是指材料在低于其屈服强度的循环应力作用下，经 10000-100000 以上循环次数而产生的疲劳（大几万次不坏）。高周疲劳的特点是作用于零件或构件的应力水平较低。如弹簧、传动轴等零件或构件的疲劳即属此类。
本文以官方文档中提供的算例为例，介绍nCode高周疲劳分析的分析流程。在该算例中，使用 S-N 曲线计算山地自行车主框架在常幅荷载作用下的疲劳寿命。通常，S-N 方法将名义应力与最终失效联系起来，该方法主要适用于在高周次循环荷载作用下而产生的疲劳破坏，所谓的高周次是指断裂前荷载的循环次数 n = 1000 ~ 10000 及以上。
在本算例中将完成如下工作：
1. 创建一个 DesignLife 分析流，从 Ansys .rst (mountain_bike.rst) 文件中读取应力结果，本部分详见本文 FEInput1 部分；
2. 设置分析选项以模拟常幅输入信号，并进行应力疲劳寿命计算，这将有效地预测自行车框架使用期间内最易损区域以及在模拟荷载下的疲劳寿命，本部分详见本文 SN Glyph 部分；
3. 使用 DesignLife 分析流对疲劳分析结果进行后处理，如云图绘制，生成表格等；
4. 为 DesignLife 分析流添加热点探测工具，以自动识别高应力区域或热点。
本算例要用到的 Ansys .rst 文件即 mountain_bike.rst 文件位于 nCode 安装目录 …\demo\designlife\01_SimpleSNAnalysis\ 内。
山地车骨架Ansys模型主要由壳单元模拟，考虑到结构的对称性，只创建了半模型，分析单位为S.I. (mkg-s)。骨架主体采用厚度为1mm的壳单元模拟(ANSYS Real Constant 2)，其余部分采用厚度为2mm的壳单元模拟(ANSYS Real Constant 3)，如下图所示。
二、分析流程
结构的高周疲劳分析主要按如下图所示的流程进行。
在 Loading History box 中，必须给定结构所承受的荷载。
在 Geometry box box 中，根据分析类型的不同，一些几何参数须给定，这些参数包括疲劳强度折减系数(Kf)、屈服函数或者有限元分析结果等。
在 Material Data box 中，材料在动载作用下的响应也必须给定，如 S-N 曲线、应变-寿命曲线和应力-应变曲线或者 Paris relationship 等。
在随后的 cycle-by-cycle analysis 中，以上三类输入数据被各种组合，形成初步的分析结果。
上述分析结果之所以称之为初步结果，是因为输入数据受 statistical variation and manipulation 影响很大，为了尽可能的消除这一影响，初始疲劳分析结果应进行进一步的处理，以确定由于输入的微小和重大变化而导致的结果敏感性（离散性），类似于参数的敏感性分析。This helps engineers gain an understanding of how the fatigue performance of the structure under consideration can be modified by design changes, or what the range of expected fatigue life may be for a population of structures.
三、创建 Glyph Flow
为了完成上述的分析流程，我们需要用到如下图所示的 glyph。
3.1. Glyph 的拖入
按如下方式，将所有必须的 glyph 拖拽到 Analysis Workspace：
1. From the Input palette, drag an FE Input glyph onto the Analysis Workspace.
2. From the DesignLife palette, drag an SN CAE Fatigue glyph onto the Analysis Workspace (you will add a Hot Spot Detection glyph later)
3. From the Display palette, drag a Data Values Display and an FE Display glyph onto the Analysis Workspace.
3.2. Glyph 的连接
连接各种输入/输出通道，为 glyph 设置属性，以便后续分析的顺利进行。
4. Connect the input/output pads as shown in the following fatigue.
3.3. 有限元模型的导入
5. From the Available Data window, drag the FE model mountain_bike.rst onto the FEInput1 glyph. Note that the glyph now displays the words 1 File(s).
6. Save the flow before using it. (This is not required, but it is highly recommended.) Use the File > Save Process… menu option. Note that for processes that have already been saved, the Save Process As… menu option is also available.
四、FEInput1
4.1. 显示网格
1. On the FEInput1 glyph, check the Display box to display the FE model. Maximize the glyph by clicking its Maximize button .
2. Right click the display and select Properties to display the Properties dialog. Click the FE Display tab.
3. On the Model Parameters dialog, in the Plot Type area, click the Mesh radio button, and then click the Apply button. Now the default model view shows a superimposed mesh.
4.2. 设置网格颜色及透明度
4. On the FE Display > Groups dialog, under Group Type, check the Immediate Update box so that any changes are shown as they happen. Select Group Type=Property from the pulldown menu. Notice that there are two Group Names (for element thickness sets): SHELL_2 and SHELL_3.
5. This is because most of the frame shell elements have a thickness of 1 mm (SHELL_2), but the thickness is 2 mm in the areas around the headset, seat post and chain stay dropout (SHELL_3). Check and uncheck the SHELL_ boxes to display/hide the sets of elements.
6. You can also double click on a cell in the Colour column and open Select color to change a cell’s color. For example, set SHELL_3 to yellow by clicking its color box and selecting from the palette. This will increase its color contrast with SHELL_2.
4.3. 显示应力结果
You can also superimpose stress results from the FE solver (in this case ANSYS) results cases on the display:
7. Select FE Display > Results Legend, and select Result Case=Load Case - 1:Bike Analysis:Displacement: Time 1 - displacements (node) from the scrollable list.
- Verify that the Smooth Contours box is not checked.
- Verify that Result Type=Translation Magnitude. This will display the flexing of the frame that was captured from the ANSYS FE results (the top tube was displaced by up to 2 mm).
- On Model Parameters, select Plot Type=Contour.
4.4. 单个结点的应力显示
Now look at another type of results display:
9. On the FE Input glyph, open the Properties form and select FE Displal > Results Legend. From the scrollable list select ***Result Case=Load Case - 1:Bike Analysis:Stress: Time 1 - stresses (node on element)***.
10. Verify that the Result Type=Von Mises. This will highlight the maximum Von Mises stress on the top shell surface of 4.335 e8 Pascals (433.5 MPa) at node 92 (which is on the Chain Stay). Click OK.
4.5. 视图
平移：Ctrl + 拖拽鼠标右键
旋转：Ctrl + 拖拽鼠标左键
Zoom：Ctrl + 单击鼠标中键
缩放：滚动鼠标中键
五、SN Glyph
5.1 设置求解器属性
在属性设置里，可以对输入输出等参数进行设置，也可以设置某些求解的修正系数。
在 SN Analysis glyph 上，单击鼠标右键 >> Properties，打开 Properties 对话框，设置如下参数：
AveragedNodeOnElement is the default results location that is used by DesignLife and is consistent with the most common way of post-processing FEA results. However, be aware that using averaged nodal results will smooth stresses across elements and therefore can hide the effects of a poor mesh, resulting in misleading fatigue life predictions. In an actual analysis, you should perform some mesh convergence studies on stresses and fatigue predictions using unaveraged nodal or element centroid results.
设置完成后，单击 Ok 以关闭 Analysis Properties 对话框。
5.2 设置材料疲劳曲线
按如下方式给定材料的S-N曲线：
1. 在 SN glyph SNAnalysis1 上单击鼠标右键，选择 Edit Material Mapping ；
2. 弹出 The Run Flow? 对话框，click No.（后续补充），弹出 Edit Material Map 窗口；
3. 在 Select material to assign 窗口的滚动菜单内，选中 SAE Steel Grade 4130 Al_Rc46，按如下图步骤继续操作；
4. 单击 OK，关闭对话框。至此材料的疲劳属性完成指定。
5.3 设置循环荷载特性
右击 SN glyph SNAnalysis1.
1. 选择 Edit Load Mapping，弹出 Run Flow? 对话框，单击 Yes，弹出 Edit Load Map 对话框
2. 在 load mapping 对话框中按如下图所示设置参数：
3. 单击 Ok 按钮，以关闭 Edit Load Mapping 对话框。
以上步骤完成了加载时程的配置，值得注意的是荷载为什么设置成在 0 到 3g 间变化？这可能是对山地车沿山间小路下坡速降的真实近似。3 g 荷载表示山地车高度击地，任何小于 1 g 的荷载表示骑手处于腾空状态。
5.4 运行分析流
单击 Run 按钮，运行疲劳分析流。
六、FE Display Glyph / Data Values Display Glyph
Note how the FE Display glyph identifies the most damaging node at 4104 (damage=2.27E-7). You may need to enlarge the FE Display glyph to show this data plus the range and spectrum.
The Data Values Display glyph gives a detailed listing of the results of the analysis for all nodes or elements. Clicking in any of the column headings will sort the table according to that column. Clicking in a heading twice will swap the sort order and toggle between descending and ascending sorts. Note that by default the results out of the SN Analysis glyph are sorted with the most damaged location at the top.
It is also possible to identify only the 10 most damaged regions or areas of the model, and to display them using the DesignLife Hot Spot Detection glyph, shown next. This is an important feature because in practice you may not be interested in parts of a design that meet the design criteria, but may be very interested in those parts that are most likely to fail, or which are the weakest parts of a design.
七、Hot Spot Detection Glyph
Hot Spot Detection glyph 可以识别出结构的疲劳敏感区域，例如10处损伤最大的区域，the exact number displayed is set in the glyph’s MaxNumHotSpots property.
按上图方式连接后，重新运行分析流，然后按下图所示步骤继续操作，弹出 Feature List 对话框。
八、尾声
以上，便是 Standard SN Analysis 的简单介绍，如有疑问欢迎邮件来询。
仅以此文为我nCode高周疲劳分析做一个备忘，同时也为有需要的人提供多一点参考。
胸藏文墨怀若谷，腹有诗书气自华，希望各位都能在知识的pāo子里快乐徜徉。
因个人水平有限，文中难免有所疏漏，还请各位大神不吝批评指正。
最后，祝各位攻城狮们，珍爱生命，保护发际线！
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为我打call，不如为我打款！
九、参考文献
[1]. DesignLife Worked Examples