了解如何执行疲劳分析，包括由 Ansys Aqwa 计算的海浪行为。
了解疲劳分析
大多数机器故障是由于负载随时间变化，而不是静态负载。这种失效通常发生在应力水平明显低于材料的屈服强度时。因此，当存在动态载荷时，仅依赖静态失效理论可能会导致不安全的设计。S-N 图（Wöhler 图）成为表示承受完全反向载荷循环的材料行为的标准，并且仍在使用，尽管现在有其他衡量动态载荷下材料强度的指标。
疲劳失效总是以裂纹开始，裂纹可能自制造以来就存在于材料中，或者由于应力集中周围的循环变形而随着时间的推移而发展。已经证明，几乎所有结构构件在制造或制造过程中都存在从微观到宏观的不连续性。疲劳裂纹通常以缺口或其他应力集中器开始。然后，动态加载的零件设计以最大限度地减少应力集中至关重要。
分类
- 疲劳失效分为三个阶段或阶段：裂纹萌生（短暂）、裂纹扩展（零件的大部分寿命）和由于不稳定的裂纹增长而突然断裂（瞬时）。
- 目前，使用了三种疲劳失效模型，每种模型都有其位置和用途。它们是：应力-寿命法 （S-N）、应变-寿命法 （ε-N） 和线弹性断裂力学 （LEFM） 法。
- B根据零件在其生命周期内预期施加到零件上的应力或应变循环次数，疲劳分为低周疲劳 （LCF） 或高周疲劳 （HCF） 状态。
随时间变化的载荷会导致疲劳失效。然后，了解水波对海上结构造成的重复载荷对于深入了解其结构行为至关重要。 载荷取决于波类型（规则、不规则、长-短-波峰）、高度（振幅）、周期（或频率）、方向和水深。此外，结构的质量和惯性属性在响应中起着重要作用。最后，应力值和材料属性允许使用适当的理论计算疲劳结果。
流体动力学分析：衍射和辐射
为了增强波浪疲劳分析，工程师们开发了先进的技术，可以更准确、更详细地了解海浪的行为。其中一些技术包括：
- 数值模拟：它们提供有关波载荷、结构响应和疲劳损伤累积的宝贵信息。
- 疲劳测试：通过让组件承受类似于海洋中经历的循环载荷，工程师可以评估它们的抗疲劳性和耐久性。
- 结构健康监测：这些实时数据可以帮助识别潜在的疲劳损伤，并促进及时的维护和维修。
- 波浪测量技术：允许收集有关波浪特性的准确和详细的数据，这些数据可用于改进波浪疲劳分析并增强抗疲劳结构的设计。
数值方法：Ansys Aqwa
Ansys Aqwa 执行衍射/辐射建模，为开发执行复杂运动和响应分析所需的主要流体动力学参数提供了一个集成环境。可以对多个物体进行三维线性辐射和衍射分析，同时充分考虑物体之间发生的流体动力学相互作用效应。模型中可以包含浮动和固定结构（例如防波堤或基于重力的结构）。二阶波浪力的计算（完整的二次传递函数矩阵）允许在很宽的水深范围内使用。
在流体动力学衍射分析中，具有给定振幅、方向和频率的入射波与结构相互作用。由于这种相互作用，波会经历衍射（障碍物或拐角周围的弯曲效果）和辐射（产生新波）。
演示：结构和疲劳结果
上面显示的船舶几何结构用于计算 Ansys Aqwa 中的动水压力。不同的波向和频率值也被结果传输到“静态结构”模块中，用于应力和疲劳分析。下图显示了工作流的摘要：
- 几何结构准备（Ansys SpaceClaim、Ansys Discovery）
几何结构必须事先为本研究做好准备，尽管最近的 Ansys 版本已经修改了此任务，使其更快、更容易。
- 衍射 （Ansys Aqwa）
该图显示了包含的方向和频率值。最大频率取决于网格大小。
- 应力等值线 （Ansys Mechanical）
在此示例中，计算了周期中整个周期的结果。有更多可用选项。
- 安全系数 （Ansys Mechanical）
必须仔细执行疲劳模块的设置，并在设置中包含实际值。
