技術(shù)|ANSYS nCode DesignLife疲勞分析技術(shù)介紹

2016-10-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受到多次重復(fù)變化的載荷作用后,雖然應(yīng)力值始終沒有超過材料的強(qiáng)度極限,甚至比彈性極限還低,但是仍然可能發(fā)生破壞。這種在交變載荷作用下材料或結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象,就叫做疲勞破壞。

疲勞破壞具有以下特征。

第一,交變載荷峰值引起的應(yīng)力在遠(yuǎn)低于材料強(qiáng)度極限的情況下,就可能發(fā)生破壞。
第二,破壞具有局部性質(zhì),在宏觀上均無明顯的塑性變形區(qū)域。
第三,破壞之前要經(jīng)歷一個(gè)疲勞損傷的累積過程。
第四,由于載荷及環(huán)境、材料及結(jié)構(gòu)和加工工藝等因素的影響,疲勞壽命具有極大的分散性。

在日益嚴(yán)酷的市場競爭中,產(chǎn)品的壽命和可靠性成為人們越來越關(guān)注的焦點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)疲勞,每年有大量產(chǎn)品在其有效壽命內(nèi)報(bào)廢,由于疲勞破壞而造成的惡性事故也時(shí)有出現(xiàn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì),每年早期斷裂造成的損失達(dá)1190億美元,其中95%是由于疲勞引起的斷裂,如果應(yīng)用疲勞耐久性技術(shù),其中的半數(shù)是可以避免的。因此許多企業(yè)將疲勞耐久性定為產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。

不合格的耐久性設(shè)計(jì)可能引起產(chǎn)品的質(zhì)量問題,由此導(dǎo)致產(chǎn)品召回、維修費(fèi)用高、法律責(zé)任,并損壞品牌和企業(yè)聲譽(yù)。因此,使用更好的設(shè)計(jì)手段以提高產(chǎn)品耐久性越來越重要。過于保守的設(shè)計(jì)會(huì)造成生產(chǎn)制造成本高,缺乏競爭力。非保守的設(shè)計(jì)可能在意外條件下,甚至正常情況下導(dǎo)致產(chǎn)品不能使用。因此達(dá)到產(chǎn)品性能與成本的平衡才是產(chǎn)品設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,機(jī)械產(chǎn)品的疲勞壽命通常是通過疲勞試驗(yàn)得到,這種疲勞實(shí)驗(yàn)具有很多局限性。

第一,由于疲勞實(shí)驗(yàn)分散性很大,所以需要對很多實(shí)體原型機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
第二,很難或者根本不可能達(dá)到與實(shí)際一致的實(shí)驗(yàn)條件。
第三,實(shí)驗(yàn)速度慢,周期長,耗資巨大。
第四,無法及時(shí)對設(shè)計(jì)變動(dòng)做出反應(yīng)。
第五,由于疲勞壽命的影響因素有很多,通過實(shí)驗(yàn)無法確定疲勞壽命對各個(gè)參數(shù)的敏感性。

因此疲勞壽命的仿真分析,越來越受到產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。結(jié)合有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行疲勞分析,可在物理樣機(jī)制造前進(jìn)行疲勞分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),真實(shí)預(yù)測產(chǎn)品的壽命,實(shí)現(xiàn)等壽命設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)階段的耐久性分析可以顯著縮短產(chǎn)品推向市場的時(shí)間、提高產(chǎn)品可靠性,極大地降低制造物理樣機(jī)和進(jìn)行耐久性試驗(yàn)所帶來的巨額研發(fā)費(fèi)用。

ANSYS nCodeDesignLife是一款行業(yè)領(lǐng)先的疲勞耐久性仿真軟件。它可以在ANSYS Workbench平臺(tái)上完成整個(gè)疲勞分析過程,操作界面友好。能夠讀取ANSYS、LS Dyna、Abaqus、Nastran等軟件的有限元計(jì)算結(jié)果,同時(shí)可以直接在Workbench中定義疲勞分析所需的材料屬性,并將數(shù)據(jù)自動(dòng)傳遞到ANSYS nCode DesignLife模塊進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算和優(yōu)化。

ANSYS nCodeDesignLife提供了完整的疲勞分析流程,基于有限元結(jié)果進(jìn)行疲勞壽命分析,可以模擬所有類型的疲勞破壞,包括應(yīng)力疲勞分析、應(yīng)變疲勞分析、焊接疲勞分析、振動(dòng)疲勞分析、熱-機(jī)械疲勞分析和加速試驗(yàn)分析。

為了方便工作流程的進(jìn)行,ANSYSnCode DesignLife提供了先進(jìn)的、用戶界面友好的疲勞計(jì)算功能,以最少的設(shè)置進(jìn)行復(fù)雜模型的疲勞壽命計(jì)算。

優(yōu)化后掛鉤的疲勞壽命延長了一倍

ANSYS nCodeDesignLife包含用于將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合和修正的工具。多種數(shù)據(jù)處理流程能夠?qū)y試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作、編輯和顯示。

ANSYS nCodeDesignLife可以與ANSYS優(yōu)化模塊聯(lián)合使用并生成敏感度圖,敏感度圖可以顯示輸入?yún)?shù)如何影響輸出結(jié)果的變化。使用這個(gè)工具,用戶可以選擇對疲勞壽命影響較大,同時(shí)對產(chǎn)品重量影響較小的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。