鲁达 本文主要结合FKM规范及FKM inside ANSYS软件针对非焊接构件的手动计算实例及软件计算实例进行介绍，希望大家对FKM规范在非焊接构件疲劳强度评估中的手动及软件计算过程有基本的了解。
一、写在前面
FKM Inside ANSYS软件，该软件是在FKM 规范的基础上，在ANSYS Workbench内开发的进行非焊接构件及焊缝静强度和疲劳强度评估的工具包。
基于ANSYS计算模型的信息，在图形用户界面定义相关设置，利用有限元分析计算结果，自动嵌入FKM规范要求的静强度计算和疲劳强度计算流程和方法，自动将应力结果和相关物理量传递给工具包，无须手动预先选择评估的热点区域，可以自动计算模型表面每个节点的利用度。
本文分为上、下两篇，上篇题目为FKM规范在非焊接构件中的疲劳强度评估方法介绍。本篇为下篇，主要结合FKM规范及FKM inside ANSYS软件针对非焊接构件的手动计算实例及软件计算实例进行介绍，希望大家对FKM规范在非焊接构件疲劳强度评估中的手动及软件计算过程有基本的了解。
二、问题描述
本文选择FKM规范中第一个实例，轴肩模型，参见FKM规范6.1shaft shoulder。分别采用手动计算及软件计算简要介绍计算流程。如下图所示是计算模型及已知条件说明，需要基于FKM规范对该轴肩模型进行疲劳强度评估。
三、疲劳强度评估流程
下面将分别介绍基于名义应力法、局部应力法以及FKM Inside ANSYS软件进行疲劳评估的流程。
1、评估应力的获取：疲劳计算需要计算应力幅或应力谱。在不同工况计算应力时，可以采用理论力学的基本方法、有限元法、边界元法计算或者也可以通过试验测量。当计算应力时，采用线弹性材料本构模型。
2、材料属性的修正：在静强度修正完成的构件屈服强度及抗拉强度的基础上乘以材料疲劳强度因子。
综合考虑了几何尺寸因子及各项异性因子之后材料抗拉及屈服强度极限的修正公式如下表所示：
3、设计参数的修正：针对非焊接构件疲劳评估设计参数的修正，需要考虑疲劳缺口因子、粗糙度因子、表面处理因子、覆盖层因子以及GJL因子，综合考虑了对疲劳强度有影响的相关因素后进行设计参数的计算。
上述计算设计参数中包含了5个因子，下面分别进行介绍：
1) 疲劳缺口因子：这是5个因子中计算最复杂的一个因子，考虑了设计（形状及尺寸）对非焊接件疲劳强度的影响。可以基于应力集中系数计算，也可以通过试验获得。下面分别针对名义应力法、局部应力法以及FKM inside ANSYS软件进行介绍如何计算疲劳缺口因子。
2) 粗糙度因子：
3) 其他因子
4） 构件疲劳强度极限：
确定构件疲劳强度极限分三个步骤：
第一步：基于确定的设计参数，计算平均应力为0的情况下构件的疲劳强度极限。
第二步：如果存在平均应力，计算考虑平均应力影响的构件的疲劳强度极限。
第三步：如果载荷谱的幅值也不同，则需要采用应力谱的方式，计算变幅情况下构件的疲劳强度极限。
备注：此例中不涉及变幅问题，所以不涉及 的计算。
5、安全系数：确定安全系数。
6、疲劳强度评估：基于构件的实际循环应力幅、修正后的构件疲劳强度极限以及安全因子计算构件的疲劳利用度。相关公式参见如下表格：
四、总结
FKM规范是德国机械标准协会根据机械产品在实际工程中的应用情况，统计出来的关于极限强度和疲劳强度的使用规则，在欧洲多个工业领域（例如轨道交通、风机、通用机械及能源等领域）已得到大范围的应用，国内用户也已涵盖了轨道交通、风机、通用机械及大学等。
本文基于一个简单的实例，分别通过理论计算（包含名义应力法及局部应力法）及软件计算介绍了FKM规范疲劳强度评估的过程，并对各个方法进行了总结对比，通过对比可以发现FKM inside ANSYS软件可以直接提取有限元分析结果，自动嵌入FKM规范要求的静强度计算和疲劳强度计算流程和方法，将ANSYS计算应力结果和相关物理量传递给工具包，用户无须手动预先选择评估的热点区域，可以自动计算模型中的每个节点，在ANSYS Workbench内计算并显示评估的疲劳强度利用度，大大提高计算效率。
作者：王庆艳，安世中德工程师，仿真秀科普作者，车辆工程专业硕士学位，10多年的CAE行业技术服务、工程技术经验，参与了航空航天、电子、石油石化等多个行业的多个仿真咨询及开发项目，积累了大量工程仿真应用经验。目前同时负责基于FKM规范开发的静强度及疲劳强度评估工具、基于VDI2230规范开发的螺栓强度校核工具的相关技术工作。
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