MSCFatigue-一體化的疲勞壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)

MSC.Fatigue?

一體化的疲勞壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)李毅波博士

長沙2012.5.19目錄

1.疲勞壽命預(yù)測(cè)簡介2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的疲勞優(yōu)化3.無縫集成4.疲勞理論簡介5.MSC.Fatigue功能應(yīng)力(全)壽命應(yīng)變(萌生)壽命虛擬應(yīng)變片裂紋擴(kuò)展（斷裂）振動(dòng)疲勞多軸疲勞焊接疲勞輪轂疲勞工具6.MSC.Fatigue應(yīng)用案例7.MSC.Fatigue新功能8.MSC.Fatigue總結(jié)2/6/202331.疲勞壽命預(yù)測(cè)簡介什么是疲勞？疲勞或疲勞斷裂機(jī)件在低于材料屈服強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象疲勞失效難以預(yù)防，疲勞會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失機(jī)械零部件80-90%的失效形式是疲勞應(yīng)力分析只是結(jié)構(gòu)壽命和可靠性分析的一部分，而不是全部.評(píng)定結(jié)構(gòu)壽命和提高產(chǎn)品的可靠性需要分析疲勞失效。

在設(shè)計(jì)早期減少原型制作，降低開發(fā)成本.在設(shè)計(jì)階段估計(jì)產(chǎn)品壽命，加快產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間。采用系統(tǒng)化方法評(píng)估產(chǎn)品壽命，增強(qiáng)耐久性，質(zhì)量和性能。提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力為何需要疲勞分析？耐久性評(píng)估流程精確的部件模型疲勞壽命預(yù)測(cè)產(chǎn)品精確的仿真計(jì)算2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的疲勞優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)的“杠桿”作用產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間表源自新（舊）虛擬樣機(jī)的數(shù)據(jù)源自新虛擬樣機(jī)的數(shù)據(jù)第一階段修改第二階段修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的疲勞優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間表優(yōu)化后的產(chǎn)品成本優(yōu)勢(shì)質(zhì)量優(yōu)勢(shì)時(shí)間優(yōu)勢(shì)優(yōu)化后的部件壽命疲勞壽命預(yù)測(cè)壁厚材料壽命missions)Node979壽命(missions)Node12453方案18mm826M31<13148方案28mm300M320727605方案312mm826M313830028500Node979Node12453目標(biāo)壽命=12,000missions成功案例:JohnDeere客戶:

農(nóng)業(yè)設(shè)備供應(yīng)商挑戰(zhàn):

縮短耐久性設(shè)計(jì)過程解決方案:

在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，重現(xiàn)耐久性試驗(yàn)價(jià)值:

在第一個(gè)物理樣機(jī)建造之前，辨識(shí)危險(xiǎn)位置“采用新方法,我們大量減少了物理樣的數(shù)量，從以前的3~4個(gè)樣機(jī)，減少為1個(gè)

–TerryEwanochko,產(chǎn)品工程師

3.無縫集成

幾何&有限元

結(jié)果載荷和實(shí)驗(yàn)結(jié)果材料信息應(yīng)力(全)壽命應(yīng)變(萌生)壽命虛擬應(yīng)變片裂紋擴(kuò)展（斷裂）振動(dòng)疲勞多軸疲勞焊接疲勞輪轂疲勞工具

1500-1500120Strain(uE)Time(seconds)DISPLAYOFSIGNAL:TEST101.DACStrainLifePlot605M30Sf':857b:-0.067Ef':0.636c:-0.5791E-31E-21E-1StrainAmplitude(M/M)1E01E11E21E31E41E51E61E71E8Life(Reversals)1E31E41E51E61234567CrossPlotofData:S61STRAIN1KTLife(Miles)Kt()01574.7-750.4808.704.8548RangeuEX-AxisMeanuEY-AxisDamageZ-AxisDAMAGEHISTOGRAMDISTRIBUTIONFOR:TRACK05.DHHMaximumheight:4.8548ZUnits:%疲勞仿真疲勞壽命云圖靈敏度&優(yōu)化損傷分布MSC.FatigueMSC.Fatigue可以使用的各種分析結(jié)果MethodDiskSpaceCPUTimeHotspotdetectionbeforeanalysisDifficulties?StaticSmallQuickOKRealisticconstraints,nodynamiceffectsTransient(Modal)LargeMedium-SlowDifficultModeselectionMBDModalSuperpositionMediumMediumOKModal

Reduction

Vibration(PSD)MediumMediumDifficultAssumptionsofstationary,randomloading損傷

&壽命無縫集成創(chuàng)建系統(tǒng)Fatigue應(yīng)力&應(yīng)變部件察看部件載荷MSC.NastranMSC.MarcMSC.Patran材料信息

MSC.MVision測(cè)試MSC.Fatigue產(chǎn)品壽命?MSC.ADAMSMSC.ADAMSMSC.ADAMSMSC.NastranMSC.Patran數(shù)據(jù)流創(chuàng)建柔體部件模型

創(chuàng)建部件載荷歷程RPC和DAC文件

系統(tǒng)級(jí)的部件應(yīng)力

模態(tài)應(yīng)力回復(fù)系統(tǒng)級(jí)的部件疲勞壽命

疲勞壽命預(yù)測(cè)工具和有限元工具無縫集成

生成模態(tài)和應(yīng)力形狀MD.Nastran

2.創(chuàng)建應(yīng)力形狀1.計(jì)算載荷歷程MSC.ADAMS

計(jì)算&顯示壽命或者損傷DACFESMNFMSC.Fatigue4.疲勞理論簡介疲勞及疲勞破壞：由于固體內(nèi)部微觀組織中位錯(cuò)的存在，在外部交變載荷作用下，裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展直至固體發(fā)生破壞的過程。疲勞現(xiàn)象的基本認(rèn)識(shí)內(nèi)因：金屬中的晶體的位錯(cuò)外因：交變載荷過程：損傷累積的過程，有明顯的裂紋萌生和擴(kuò)展過程非疲勞破壞與疲勞破壞斷裂強(qiáng)度（Speak）瞬間斷裂循環(huán)（Sa，Sm）i損傷累積疲勞研究的目的疲勞破壞是機(jī)械設(shè)備的主要破壞形式（80％～90％）；疲勞破壞往往造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡；通過試驗(yàn)、計(jì)算或監(jiān)控手段，防止疲勞失效及其造成的事故，保障設(shè)備使用安全是疲勞研究的主要目的。抗疲勞保障安全的手段通過計(jì)算分析和試驗(yàn)考核手段，進(jìn)行疲勞壽命設(shè)計(jì)。根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)，不參與使用過程。壽命估算CAD/CAE失敗通過設(shè)計(jì)方案用戶要求數(shù)據(jù)庫材料數(shù)據(jù)道路載荷道路試驗(yàn)產(chǎn)品試制通過失敗用戶使用量產(chǎn)抗疲勞保障安全的手段通過監(jiān)控手段，建立疲勞壽命動(dòng)態(tài)估計(jì)和安全預(yù)警機(jī)制，參與使用過程，當(dāng)設(shè)備瀕臨破壞時(shí)，給出預(yù)警，以便用戶進(jìn)行維護(hù)和更換。即將破壞？預(yù)警計(jì)算信號(hào)監(jiān)控

調(diào)整使用行為否是疲勞壽命疲勞設(shè)計(jì)的目標(biāo)量化疲勞壽命：設(shè)備在正常使用過程中，所承受交變載荷的循環(huán)次數(shù)。裂紋萌生壽命裂紋擴(kuò)展壽命總壽命疲勞破壞研究的基本內(nèi)容內(nèi)因：材料的基本特性、幾何尺寸、表面處理等抗疲勞性質(zhì)外因：載荷特征的提取及其對(duì)疲勞過程的影響疲勞模型：綜合內(nèi)因和外因的疲勞過程，內(nèi)因和外因作用于疲勞過程的數(shù)學(xué)表達(dá)循環(huán)（Sa，Sm）i損傷累積工程實(shí)用疲勞理論載荷幾何尺寸、加工材料屬性疲勞模型疲勞壽命內(nèi)因外因疲勞分析經(jīng)典五框圖過程疲勞設(shè)計(jì)的目標(biāo)量化疲勞壽命：設(shè)備在正常使用過程中，所承受交變載荷的循環(huán)次數(shù)。裂紋擴(kuò)展壽命斷裂力學(xué)方法（LEFM）損傷容限法裂紋萌生壽命局部應(yīng)變（e-N）法總壽命名義應(yīng)力（S-N）法工程實(shí)用疲勞理論同樣的名義應(yīng)力，同樣的總壽命名義應(yīng)力（S-N）法ΔSNf同樣的應(yīng)力幅值，均值應(yīng)力大，則壽命短名義應(yīng)力法平均應(yīng)力修正Kf－－應(yīng)力集中；msur－－表面加工質(zhì)量以及表面處理；msize－－尺寸效應(yīng)；…名義應(yīng)力法其它修正ΔSNf同樣的局部應(yīng)變，同樣的裂紋萌生壽命局部應(yīng)變（e-N）法εa2Nf平均應(yīng)力：根據(jù)Neuber法則算平均應(yīng)力，應(yīng)用SWT方法或Morrow方法修正eN曲線表面加工質(zhì)量和表面處理應(yīng)力集中…局部應(yīng)變法修正同樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子，同樣的裂紋擴(kuò)展速率線彈性斷裂力學(xué)法（LEFM）若結(jié)構(gòu)在應(yīng)力幅為ΔS的載荷作用下，其疲勞壽命為Nf，則單次幅值為ΔS的載荷循環(huán)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷為：疲勞損傷的定義ΔSNf若結(jié)構(gòu)在應(yīng)力幅為ΔSi

的載荷作用下，其疲勞壽命為Nfi，則n次幅值為ΔSi

的載荷循環(huán)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷為：疲勞損傷的定義ΔSiNfi損傷的線性累加（Miner）準(zhǔn)則：不同應(yīng)力幅的載荷混合作用下，載荷循環(huán)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷為：損傷的線性累加準(zhǔn)則ΔS1

ΔS2

ΔS3Nf1Nf1Nf2Nf3實(shí)際工作中，結(jié)構(gòu)所受的載荷是不規(guī)則的，具有一定的隨機(jī)性，在物理樣機(jī)形成之前的設(shè)計(jì)階段，較難在試驗(yàn)臺(tái)上再現(xiàn)載荷譜處理與損傷累積應(yīng)用雨流計(jì)數(shù)方法，統(tǒng)計(jì)載荷的均值和幅值分布載荷譜的特征提?。河炅鞣ㄓ炅饔?jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果，對(duì)個(gè)循環(huán)計(jì)算損傷值，并累加計(jì)算壽命變載荷損傷累積和壽命計(jì)算∑疲勞模型大多以應(yīng)變或應(yīng)力為基本的載荷輸入，若載荷譜測(cè)錄能直接獲取局部應(yīng)力應(yīng)變，則疲勞壽命可以直接計(jì)算；載荷譜的獲取和應(yīng)用對(duì)于非直接測(cè)量的其它載荷譜信息，通常有兩種用途：道路模擬試驗(yàn)機(jī)，通過試驗(yàn)得到壽命，用于物理樣機(jī)的壽命考核；在有限元計(jì)算結(jié)果中作為邊界條件加入，求解動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變譜，然后帶入疲勞計(jì)算模型中分析壽命，用于樣機(jī)之前的虛擬壽命設(shè)計(jì)；作用：在設(shè)計(jì)的較早階段就對(duì)零部件以及整機(jī)進(jìn)行疲勞分析并做初步的評(píng)估，減少疲勞壽命設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)的依賴，提高設(shè)計(jì)效率，降低開發(fā)成本，縮短設(shè)計(jì)周期有限元疲勞分析基本流程：載荷幾何尺寸、加工材料屬性有限元疲勞壽命疲勞模型直接法：以載荷譜為邊界條件，在時(shí)域中加載荷步；計(jì)算成本太高，對(duì)長載荷譜無法應(yīng)用。有限元疲勞分析思路可處理長載荷譜的簡化方法：不考慮模態(tài)：準(zhǔn)靜態(tài)線性疊加法考慮模態(tài)：模態(tài)疊加法每一個(gè)疲勞問題都有其明顯的特殊性，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意在基本疲勞模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的修正；疲勞理論的工程應(yīng)用大多數(shù)的疲勞壽命計(jì)算，尤其是有限元虛擬壽命計(jì)算，所得到的結(jié)果都是一個(gè)概念性的值，其計(jì)算只能提供方向性的指導(dǎo)作用，最終的疲勞壽命應(yīng)該與試驗(yàn)相關(guān)聯(lián)。計(jì)算分析：模擬試驗(yàn)：要獲得一個(gè)合理的疲勞壽命設(shè)計(jì)，一定要調(diào)查設(shè)計(jì)目標(biāo)的用途，也即必須得到載荷譜；關(guān)聯(lián)有限元疲勞的工程應(yīng)用一個(gè)實(shí)例：散熱器某焊接部位的焊點(diǎn)分布焊點(diǎn)數(shù)量？焊點(diǎn)位置？基于有限元的虛擬疲勞分析可對(duì)焊點(diǎn)位置做合理的優(yōu)化，大大減少樣品試驗(yàn)的費(fèi)用5.MSC.Fatigue功能全壽命分析(S-N)全壽命法，即通常所說的應(yīng)力～壽命法或S-N方法，該方法并不嚴(yán)格區(qū)分裂紋產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展，而是給出結(jié)構(gòu)發(fā)生突然失效前的全壽命估計(jì)。特色雨流循環(huán)計(jì)數(shù)名義應(yīng)力修正焊接結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)置信參數(shù)Palmgren-Miner線性損傷用戶自定義循環(huán)材料和部件的S-N表面條件安全系數(shù)分析多軸狀態(tài)指示應(yīng)變(萌生)壽命（E-N）也叫初始裂紋壽命，采用先進(jìn)的初始裂紋模型或應(yīng)變～壽命（ε-N）模型，預(yù)測(cè)產(chǎn)品從初始工作狀態(tài)到產(chǎn)生初始裂紋時(shí)的疲勞。應(yīng)變壽命分析方法的特點(diǎn)為：特色循環(huán)應(yīng)力－應(yīng)變模型SWT&Morrow平均應(yīng)力修正Neuber等彈－塑性修正疲勞失效概率（統(tǒng)計(jì)置信參數(shù)）考慮溫度修正疲勞安全系數(shù)分析表面條件用戶自定義的疲勞單位雙軸修正Palmgren-Miner線性損傷s1/2cycle1cycle1/2cycle1cycle1cycle1/2cycleeStraineTimeMSCFatigueFracture裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展壽命要根據(jù)有限元模型提供的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，結(jié)構(gòu)載荷的變化，以及材料的疲勞特性等條件，預(yù)測(cè)裂紋的擴(kuò)展速率和時(shí)間。研究裂紋擴(kuò)展常采用傳統(tǒng)的線彈性斷裂力學(xué)（LEFM）。裂紋擴(kuò)展法有以下特點(diǎn)：特色逐個(gè)循環(huán)地模擬按時(shí)間順序的雨流循環(huán)計(jì)數(shù)多環(huán)境材料性質(zhì)Kitagawa最小裂紋尺寸門檻模擬裂紋閉合和延遲用戶定義的循環(huán)斷裂韌性失效準(zhǔn)則表面和埋藏裂紋修正的Paris定律MSC.Fatigue虛擬應(yīng)變片提取有限元結(jié)果，結(jié)合載荷隨時(shí)間變化歷程，為應(yīng)變片創(chuàng)建響應(yīng)時(shí)間歷程支持多種形式的應(yīng)變片（花）

–單軸,T,Delta和直角疊層式片和平面片用戶自定義應(yīng)變片虛擬應(yīng)變片有限元模型應(yīng)變虛擬應(yīng)變片的價(jià)值簡化了有限元模型和物理模型的驗(yàn)證過程便于：獲取難以測(cè)量位置處的信息補(bǔ)充缺失數(shù)據(jù)和獲得新數(shù)據(jù)降低驗(yàn)證成本測(cè)試數(shù)據(jù)用于疲勞分析timeHubStraintimeHubStrain物理應(yīng)變片虛擬應(yīng)變片多軸疲勞預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在多軸應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞壽命。與常用的單軸或比例載荷情況不同，多軸疲勞方法采用了非比例、多軸應(yīng)力狀態(tài)假設(shè)，并通過裂紋擴(kuò)展法預(yù)估結(jié)構(gòu)壽命，分析結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。多軸疲勞強(qiáng)調(diào)在非比例加載下的多軸應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)多軸應(yīng)力狀態(tài)下的塑性建模四種臨界面模型（Fatemi-Socie等）使用多軸雨流計(jì)數(shù)的Wang-Brown方法多軸安全系數(shù)分析-DangVan&McDiarmid方法損傷、壽命云紋圖.損傷極坐標(biāo)圖多軸疲勞分析實(shí)例轉(zhuǎn)向節(jié)多軸疲勞分析焊接疲勞焊接疲勞基于有限元分析結(jié)果，可預(yù)測(cè)兩塊金屬板在焊接連接處的疲勞壽命。焊接方式包括點(diǎn)焊和縫焊。計(jì)算中將結(jié)構(gòu)的點(diǎn)焊看作是連接兩塊金屬板的剛性桿，或者用CWELD單元來模擬點(diǎn)焊，縫焊用殼單元或者CSEAM單元來模擬，而金屬板用薄殼單元描述。該方法利用桿單元橫截面所受的力和力矩來計(jì)算焊接處的應(yīng)力，然后采用S-N方法，完成結(jié)構(gòu)的全壽命疲勞分析。采用SpotWeld，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)點(diǎn)焊的疲勞壽命，優(yōu)化點(diǎn)焊的數(shù)量和大小，從而降低制造成本，增加產(chǎn)品可靠性。熱影響區(qū)域焊腳MSC.Fatigue焊接疲勞預(yù)測(cè)薄壁結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，例如：包括很多點(diǎn)焊和縫焊的車身利用MDNastran和MSC.ADAMS靜力和動(dòng)力結(jié)果自動(dòng)提取點(diǎn)焊組和焊縫線相鄰的殼單元組成功案例:減少點(diǎn)焊數(shù)目

客戶:

卡車供應(yīng)商挑戰(zhàn):

將點(diǎn)焊數(shù)量減少10%，提高駕駛室的生產(chǎn)效率，降低成本解決方案:

對(duì)客車駕駛室進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算,刪除疲勞壽命最長的點(diǎn)焊，重新繼續(xù)疲勞計(jì)算價(jià)值:

在確保當(dāng)前結(jié)構(gòu)耐久性不變的條件下，刪除４００個(gè)點(diǎn)焊。每個(gè)駕駛室在裝配線上節(jié)約30分鐘Volvo/Chalmers/nCodemethodSymmetricNon-symmetricWeld&structureSeam-weldFEmodelVolvo/Chalmers/nCodemethod

Sheetsandweldsmodelledpredominantlywith4-nodeshellsSheetsdescribedbymeansurfacesThicknessofweldelementsequalseffectivethroat,(oraround2x sheetthickness)–makeitrealisticElementlengthofabout5mmSmallradiinotmodelledMSC.Fatigue振動(dòng)疲勞預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在隨機(jī)振動(dòng)載荷下的疲勞壽命

在頻域進(jìn)行仿真計(jì)算輸入載荷在頻域中描述損傷分析可使用頻響結(jié)果或隨機(jī)振動(dòng)分析的結(jié)果求解方法DIRLIK，具有通用性。仿真的靈活性使用直接外部響應(yīng)功率譜密度（PSD）或者計(jì)算PSD計(jì)算疲勞壽命Mode5Mode4考慮結(jié)構(gòu)動(dòng)特性下的疲勞壽命

FFT幅值頻率頻域傅立葉變換時(shí)間力時(shí)域FFT相位可以對(duì)車輪或其它旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行疲勞分析，這些結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為承受的載荷是沿著旋轉(zhuǎn)體的外圍傳播的。通過載荷施加到車輪連續(xù)扇區(qū)上而完成仿真分析。在MSCFatigue中，可以在損傷最嚴(yán)重的表面角度為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)繪出疲勞壽命和疲勞損傷云圖。MSC.FatigueWheels應(yīng)用領(lǐng)域：所有類型的車輪或帶輪的交通工具。

在循環(huán)載荷作用下的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。MSCFatigueWheels輪轂疲勞成功案例:BFGoodrich客戶:

飛機(jī)輪轂制造商

挑戰(zhàn):

盡量減少物理實(shí)驗(yàn)解決方案:

采用MSC.Fatigue，預(yù)測(cè)一系列的載荷工況下輪轂的壽命價(jià)值:

縮短項(xiàng)目倒入時(shí)間，提高設(shè)計(jì)能力。為產(chǎn)品定型提供參考數(shù)據(jù)“在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期階段，事先考慮產(chǎn)品的耐久性，可以使Goodrich降低開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量.” –DonRussell,解析方法開發(fā)工程師工作循環(huán)分析器（dutycycle）DutyCycle使得我們可以考慮多事件時(shí)間表每個(gè)事件有自己的循環(huán)數(shù),損傷線性累加載荷時(shí)間歷程可以是DAC,RPC格式或者組合格式可以觀測(cè)各個(gè)事件的貢獻(xiàn)管理所有的疲勞分析運(yùn)行和組合結(jié)果

工作循環(huán)分析器

選擇DutyCycle:JobSetup(inLoadingInformationForm)工作循環(huán)作業(yè)設(shè)置

MSC.Fatigue工具功能高級(jí)的載荷處理

高級(jí)的疲勞分析和顯示

文件傳送

繪圖和打印時(shí)程操作工具:算術(shù)操作公式處理器線性光順處理Fourier濾波Butterworth濾波創(chuàng)建/編輯多個(gè)文件多文件操作(剪切/粘貼等)時(shí)程的圖形編輯標(biāo)題和頁腳操作運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析CleanedportionofdataMSC.Fatigue工具時(shí)序分析工具:頻率分析概率密度函數(shù)分析(PSD)聯(lián)合概率密度函數(shù)分析雨流循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)變計(jì)信號(hào)分析基于測(cè)試的疲勞分析:基于應(yīng)變計(jì)信號(hào)的疲勞分析全壽命(S-N)和起裂時(shí)間(-N)分析應(yīng)力集中系數(shù)KT

的數(shù)據(jù)庫，用于決定局部應(yīng)力MSC.Fatigue工具云圖結(jié)果壽命估計(jì)對(duì)數(shù)壽命損傷部件指定的壽命單位(飛行次數(shù),里程等)安全系數(shù)多軸指示表格顯示的結(jié)果單個(gè)節(jié)點(diǎn)/單元損傷的節(jié)點(diǎn)或單元損傷分布的統(tǒng)計(jì)壽命與損傷結(jié)果的插值安全系數(shù)多軸指示結(jié)果后處理通過參數(shù)靈敏度分析進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化6E48E41E51.2E51.4E51.6E502004006008001000CrossPlotofData:MEANSENSLife(Cycles)Mean(uE)參數(shù)靈敏度分析評(píng)定表面條件材料類型/參數(shù)載荷條件殘余應(yīng)力和應(yīng)變集中平均應(yīng)力統(tǒng)計(jì)置信度設(shè)計(jì)壽命后處理：設(shè)計(jì)優(yōu)化材料數(shù)據(jù)庫管理器包括所需的各類材料疲勞性質(zhì)(S-N,e-N,S-e,andLEFM)材料庫包含200+材料的疲勞數(shù)據(jù)工具：數(shù)據(jù)輸入，刪除和編輯搜尋數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫入口列表圖形顯示多種材料標(biāo)準(zhǔn)

DIN,SAE,ASTM,etc.AluminiumSteelTitaniumCopper材料信息Strain-lifedataS-NdataSpotwelddataSeamwelddataBS7608welddataGeneratedpropertiesSurfacecorrectionsFatiguestrengthreductionfactorUpto500materialsusedinthesame

analysisEasytoaddusermaterialstodatabase提供的便利工具創(chuàng)建波形功能圖形顯示和編輯數(shù)學(xué)或圖形運(yùn)算圖形剪貼自動(dòng)轉(zhuǎn)化單位制搜索ASCII文件輸入時(shí)域或頻域載荷TransmissionWindWavesSuspension載荷數(shù)據(jù)庫管理器6.工程應(yīng)用實(shí)例電機(jī)轉(zhuǎn)軸應(yīng)力強(qiáng)度和疲勞分析73電機(jī)軸有限元模型及約束74軸承支撐部位軸向和徑向約束載荷75豎直向下的力：446N回轉(zhuǎn)力矩：4403.4N*mm驅(qū)動(dòng)扭矩時(shí)間圖76轉(zhuǎn)軸應(yīng)力時(shí)間圖77轉(zhuǎn)軸應(yīng)力沖擊曲線78疲勞壽命計(jì)算79轉(zhuǎn)軸的疲勞壽命：材料45#鋼，E=2.1e5MPa，UTS=333MPa。材料的疲勞曲線如下：疲勞計(jì)算結(jié)果80疲勞壽命計(jì)算結(jié)果：最低壽命：3.34e5。最低壽命點(diǎn)即：2783.3小時(shí)機(jī)車轉(zhuǎn)向架疲勞壽命分析機(jī)車轉(zhuǎn)向架載荷工況動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到的載荷譜

分析軟件MSC.AdamsMSC.NastranMSC.Fatigue用虛擬疲勞樣機(jī)技術(shù)預(yù)測(cè)機(jī)車轉(zhuǎn)向架側(cè)架的疲勞壽命應(yīng)力分布?jí)勖植紮C(jī)車轉(zhuǎn)向架側(cè)架的疲勞壽命

機(jī)車轉(zhuǎn)向架側(cè)架轉(zhuǎn)向架側(cè)架模型

節(jié)點(diǎn)數(shù)：24萬單元數(shù)：19萬(10節(jié)點(diǎn))典型的載荷工況垂向載荷橫向載荷隨機(jī)載荷譜分析軟件MSC.NastranMSC.Fatigue機(jī)車轉(zhuǎn)向架側(cè)架的疲勞壽命壽命分布應(yīng)力分布輪轂疲勞分析轉(zhuǎn)向節(jié)有限元疲勞壽命分析轎車底盤轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)向節(jié)模型

節(jié)點(diǎn)數(shù)：96312單元數(shù)：77341(10節(jié)點(diǎn))典型的載荷工況重復(fù)轉(zhuǎn)向載荷轉(zhuǎn)彎載荷制動(dòng)載荷分析軟件MSC.NastranMSC.Fatigue轉(zhuǎn)向節(jié)有限元疲勞壽命分析應(yīng)力分布疲勞壽命分布后橋殼虛擬疲勞分析（北汽福田）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂分析及優(yōu)化

重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院水泥輸送泵車結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析門式吊裝機(jī)構(gòu)多學(xué)科一體化仿真門式吊裝機(jī)構(gòu)一體化仿真是一個(gè)典型的多學(xué)科集成問題，涉及：吊裝機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析，分析機(jī)構(gòu)各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)關(guān)系及受力關(guān)系；吊裝機(jī)構(gòu)重要部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，分析部件在具體工況中的應(yīng)力、應(yīng)變和變形，在運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析中引入有限元彈性因素，進(jìn)行剛彈耦合分析，可以在動(dòng)力學(xué)分析中考慮部件彈性的影響，同時(shí)可以在動(dòng)力學(xué)分析過程中考察動(dòng)態(tài)應(yīng)力和變形；吊裝機(jī)構(gòu)重要部件的疲勞壽命計(jì)算；吊裝機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)電一體化協(xié)同分析，研究機(jī)械系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)控制作用下的響應(yīng)特性。門式吊裝機(jī)構(gòu)MSC一體化仿真流程仿真分析流程在Adams中建立吊裝機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析模型進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析使用Nastran對(duì)關(guān)鍵承載部件進(jìn)行有限元分析，得到模態(tài)中性文件將Adams中的相應(yīng)部件替換為彈性體，進(jìn)行剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)計(jì)算，在動(dòng)力學(xué)計(jì)算中考察彈性部件變形及應(yīng)力，或者輸出彈性體的受力信息，在Nastran中進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算計(jì)算彈性部件的的載荷時(shí)間歷程，通過Adams與Fatigue接口，將相關(guān)信息導(dǎo)入進(jìn)行關(guān)鍵部件的疲勞壽命計(jì)算進(jìn)一步的仿真需求，在Easy5中建立吊裝機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，定義Easy5控制系統(tǒng)模型與Adams機(jī)械系統(tǒng)模型之間參數(shù)傳輸關(guān)系，通過Adams/Controls進(jìn)行機(jī)電一體化聯(lián)合仿真分析流程一：吊裝機(jī)構(gòu)多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)建模分析工具：Adams分析模型 用Parasolid格式導(dǎo)入吊裝機(jī)構(gòu)CAD模型，按照機(jī)構(gòu)原理添加機(jī)構(gòu)各組件的約束關(guān)系。吊裝機(jī)構(gòu)Adams分析模型吊裝機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析吊裝機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析分析流程二：吊裝機(jī)構(gòu)剛?cè)狁詈辖７治瞿康模阂霃椥圆考?，分析系統(tǒng)組件在工作過程中的應(yīng)力、變形等分析工具：Adams＋Patran＋Nastran分析建模

1、在Patran中建立主吊系統(tǒng)滾筒支架有限元模型，利用Nastran進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，輸出Adams的模態(tài)中性文件（mnf）。吊裝機(jī)構(gòu)剛?cè)狁詈辖＃ɡm(xù)）分析建模（續(xù)）

2、導(dǎo)入支架mnf文件，建立吊裝機(jī)構(gòu)剛?cè)狁詈夏Ｐ汀５跹b機(jī)構(gòu)剛?cè)狁詈戏治鲞M(jìn)行剛?cè)狁詈戏治龇治隽鞒倘阂惑w化疲勞壽命分析分析目的：在Adams中直接啟動(dòng)Fatigue，進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算分析工具：Adams+Patran＋Nastran＋Fatigue柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸疲勞分析曲軸疲勞分析流程載荷工況與邊界條件模型在不同位置處分別承受垂直載荷與水平載荷，對(duì)應(yīng)不同的的工況，在各工況下施加約束條件與單位載荷；模型應(yīng)力在各工況下分別計(jì)算；共得到12個(gè)結(jié)果工況。各垂直載荷工況下應(yīng)力結(jié)果云圖各水平載荷工況