ncodedesignlife
關(guān)注創(chuàng)建者：張婷俊 創(chuàng)建時間：2021-01-22
ncodedesignlife的實例教程
2.3 定義材料的S-N曲線
nCodeDesignlife支持輸入材料的極限抗拉強度（UTS）和彈性模量（E）擬合S-N曲線。箱體的材料為Q235，取Q235材料的UTS為380MPa，E為2.1×105MPa。在nCodeDesignlife中擬合的Q235鋼材的S-N曲線如圖4所示。由圖4可以看出，S-N曲線由低周疲勞階段、高周疲勞階段、無限疲勞壽命階段構(gòu)成。電池箱的疲勞屬于高周疲勞問題，應采用高周疲勞階段和無限疲勞壽命階段的S-N曲線進行疲勞壽命的分析。
在nCodeDesignlife中，S-N曲線的高周疲勞階段和無限疲勞壽命階段采用冪指數(shù)方程的形式來表達：
式中：S為應力幅值；SRI1為一次循環(huán)下的應力值；N為應力循環(huán)的次數(shù)；b為疲勞強度指數(shù)，低周疲勞階段用b1表示，高周疲勞階段用b2表示。
軟件擬合的S-N曲線的參數(shù)：SRI1為1724.37MPa，高周疲勞階段的疲勞強度指數(shù)b1為-0.1338，無限壽命疲勞階段的疲勞強度指數(shù)b2為-0.0717。
圖4 UTS應力修正后的Q235 S-N曲線
2.4 疲勞壽命分析
在nCodeDesignlife中，搭建疲勞壽命分析的“五框圖”。分別讀取X、Y、Z方向的頻率響應函數(shù)，在vibration generator框圖中輸入圖1所示的加速度功率譜密度，在material generator中定義圖4所示的S-N曲線。疲勞壽命計算模型的應力循環(huán)一般為對稱循環(huán)，而電池箱在隨機振動環(huán)境下的應力循環(huán)處于非對稱循環(huán)狀態(tài)，平均應力的存在將影響疲勞壽命，所以采用Goodman方法修正平均應力對疲勞壽命的影響，并采用1.2節(jié)中Dirlik疲勞累積損傷計算公式對電池箱進行疲勞壽命分析。
展開 Altair提供的這種令牌式許可模型讓Van-Rob不必購買額外許可證也能使用nCodeDesignLife進行耐久性分析。
“現(xiàn)在，我們可以使用nCodeDesignLife測試客戶的設(shè)計方案，也能用它改良我們自己的方案，”Bekah說道，“通過Altair合作伙伴聯(lián)盟來使用DesignLife，我們不僅獲得了最新的耐久性分析功能，還有機會擴展自己的虛擬產(chǎn)品開發(fā)功能。客戶正在把更多的分析工作交給我們來做，而我們的團隊也已經(jīng)學會如何按照客戶需求來進行耐久性測試。”
借助合作伙伴聯(lián)盟提供的應用程序，Bekah的團隊已經(jīng)能夠開展類型更為復雜的優(yōu)化工作。例如，為卡車設(shè)計最初按均一板厚設(shè)計的冷卻器支撐件時進行的優(yōu)化。Van-Rob的工程師使用連續(xù)變截面輥軋板技術(shù)和HyperWorks分析應力，并使用nCodeDesignLife測試耐久性，最終繪制出了板厚不一的板型。借助這種技術(shù)，Van-Rob在不犧牲性能的前提下達到了減重的目的。
結(jié)論
通過在設(shè)計中加入合作伙伴聯(lián)盟提供的nCodeDesignLife，Van-Rob的設(shè)計過程得到了改進，設(shè)計速度也有所提升。公司可以直接與客戶交換模型，而無需在不同的應用程序間來回轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。“自從能夠在公司內(nèi)部更改設(shè)計方案，我們已經(jīng)節(jié)約了大量的時間，”Bekah說道，“現(xiàn)在，我可以和設(shè)計師通力合作，隨時與他們一起評估更改內(nèi)容。”
Bekah認為，合作伙伴聯(lián)盟軟件還大幅降低了Van-Rob的成本以及客戶購買其產(chǎn)品所需的成本，這是因為他的團隊可以在不調(diào)用外部資源的情況下完成更多的工作。比如說，他的工程師正在使用nCodeDesignLife進行引擎蓋撞擊分析。
展開 HBM nCode是眾多耐久性、測試和分析軟件的領(lǐng)先開發(fā)商，其業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的 CAE 解決方案nCodeDesignLife用于通過有限元模型進行疲勞壽命預測，并已加入 APA。nCodeDesignLife讓工程師能夠進行比簡單應力分析更加高級的作業(yè)，并可通過對實際負載條件進行仿真來避免產(chǎn)品設(shè)計不足或過度設(shè)計。在 JEC World 展會上，HBM nCode將展示其新的復合材料分析功能以及得到公認的用于非均質(zhì)材料（例如纖維填充熱塑性材料）的應力-壽命分析方法。在 JEC World 2016 展會上展出解決方案的其他 APA 合作伙伴還包括 Anaglyph、 CoreTech和 e-Xstream。如需了解有關(guān) Altair 及其解決方案和 APA 的信息，歡迎在 JEC World 展會中參觀 Altair 的展位：5A/M73。要注冊您的 JEC World 通行證，請訪問：www.jecworld-badges.com。
展開 本文采用Hyperworks和nCodeDesignLife聯(lián)合的方式開展疲勞強度驗算。疲勞驗算涉及2種計算模型，由于nCode軟件功能限制，同時考慮2種計算模型的疲勞損傷難度較大，分別計算2個計算模型的總損傷，利用Miner累計損傷理論計算得到液壓支架承受50000次循環(huán)荷載的損傷極值，得到最小疲勞壽命。根據(jù)線性Miner準則，等強設(shè)計后的液壓支架模型的疲勞壽命為111.36個循環(huán)載荷塊，即疲勞實驗的全工況載荷共計50000次，加載111.36次后模型產(chǎn)生破壞，明顯優(yōu)于等強設(shè)計前疲勞壽命(6.79次)，所以等強設(shè)計可有效提升液壓支架的疲勞性能。
4 結(jié)語
(1)本文以液壓支架為研究對象，以液壓支架測試標準工況為依據(jù)，運用tcl/tk語言開展基于Hyperworks二次開發(fā)的液壓支架等強度優(yōu)化設(shè)計，對關(guān)鍵板件開展以應力強度比最小為優(yōu)化目標的獨立尺寸優(yōu)化設(shè)計，求解出最佳的尺寸方案；
(2)優(yōu)化結(jié)果表明，優(yōu)化后模型應力最大值下降22.78%，應力的離散度下降22.78%，疲勞壽命提高約16倍，達到了等強設(shè)計的目的，大大改善了液壓支架應力不平衡狀態(tài)，與實際試驗結(jié)果一致，為液壓支架的設(shè)計和研制提供理論和數(shù)值支持。
參考文獻：
[1]鄧凱吉,郝少鵬.煤礦用液壓支架的輕量化設(shè)計探討[J].山東工業(yè)技術(shù),2019(6):16.
[2]孫秀潔,吳嘉宜,賈甜,等.基于Hyperworks的大直徑盾構(gòu)拖車分析研究[J].現(xiàn)代機械,2021(2):1-5.
[3]劉軍鋒,余龍,張興輝.基于有限元分析的頂梁柱窩研究及應用[J].煤礦機械,2020,41(6):158-160.
[4]牛軍燕,唐永濤,李正輝,等.基于ANSYS的帶式輸送機機架輕量化改進研究[J].煤礦機械,2021,42(9):126-128.
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本文采用Hyperworks和nCodeDesignLife聯(lián)合的方式開展疲勞強度驗算。疲勞驗算涉及2種計算模型，由于nCode軟件功能限制，同時考慮2種計算模型的疲勞損傷難度較大，分別計算2個計算模型的總損傷，利用Miner累計損傷理論計算得到液壓支架承受50000次循環(huán)荷載的損傷極值，得到最小疲勞壽命。
比如說，他的工程師正在使用nCodeDesignLife進行引擎蓋撞擊分析。在收集了三種撞擊速度的數(shù)據(jù)之后，工程師可通過nCodeDesignLife進行應力時程分析，進而確定導致引擎蓋開裂所需的循環(huán)次數(shù)。通過這一過程，nCodeDesignLife節(jié)省了測試的時間和成本。
另外，合作伙伴聯(lián)盟同時還在幫助Van-Rob擴大可開展項目的范圍。
2.3 定義材料的S-N曲線
nCodeDesignlife支持輸入材料的極限抗拉強度（UTS）和彈性模量（E）擬合S-N曲線。箱體的材料為Q235，取Q235材料的UTS為380MPa，E為2.1×105MPa。在nCodeDesignlife中擬合的Q235鋼材的S-N曲線如圖4所示。由圖4可以看出，S-N曲線由低周疲勞階段、高周疲勞階段、無限疲勞壽命階段構(gòu)成。
HBM nCode是眾多耐久性、測試和分析軟件的領(lǐng)先開發(fā)商，其業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的 CAE 解決方案nCodeDesignLife用于通過有限元模型進行疲勞壽命預測，并已加入 APA。nCodeDesignLife讓工程師能夠進行比簡單應力分析更加高級的作業(yè)，并可通過對實際負載條件進行仿真來避免產(chǎn)品設(shè)計不足或過度設(shè)計。
