abaqus壽命仿真的案例
設計仿真 | 采用Marc進行橡膠件疲勞壽命分析
01
橡膠件疲勞分析概述
在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前仍然是困擾行業的難題。
Marc軟件在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
下面，我們將介紹如何采用彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。
展開 零基礎如何通過仿真評估血管支架疲勞壽命 ￥19
假如你只是一個普通的研發工程師而公司又沒有仿真工程師，你對材料力學、彈性力學、有限元等學科不甚了解，那么該如何完成上述工作呢？下面為你介紹整個血管支架的疲勞仿真流程，以及血管支架記憶合金的材料特性。
鎳鈦合金材料模型
用于評價疲勞壽命的Goodman曲線
stent.zip
1.軟件安裝
本項目使用ansys Workbench19.2完成，具體軟件包文件和安裝方法可以添加微信號Destiny_123D尋求獲得并免費安裝指導。
提高電子產品壽命！仿真驅動電子產品的熱設計
仿真模型
該模型由元件及其各自的功耗、PCB板內部的熱過孔及熱耗、PCB板基材（FR4)、不同的銅層、銅層之間電流流動的導電體、輸入輸出引腳等等。外殼結構的影響主要體現在邊界條件對應的換熱系數上。總的換傳系數是考慮整個產品的傳導、對流和輻射，進行系統級的共軛傳熱模型導出的，電流(I)被分配給輸入和輸出的引腳。將環境溫度作為邊界條件應用于PCB及元件。
模擬的有效性
為了通過消除熱瓶頸來評估產品的熱風險，提高產品的使用壽命，對元件、PCB和塑料外殼的溫度與極限進行了比較。
由于電子產品的溫度每升高10°C，其壽命將減少一半，所有的電子產品將必須保持在合理的工作溫度下。
壽命和工作溫度的關系是：
t表示工作時間，單位為h；c為常數；T表示器件的工作溫度，單位為K。
為了驗證模擬結果，在實驗室中通過紅外熱成像和熱電偶測量，對板級和組件級進行了測量。分別用于熱場和元件溫度。模擬和測量結果表明PCB板的溫升誤差在±3%以內。表1顯示了被測量的幾個工作部件的溫度以及它們在模擬中的預測溫度。
初始模型
一旦通過實驗室測量驗證了仿真模型，那么可以對完整模型進行全負荷加載，其中PCB板的電流和元件的功耗都是最大的。銅層的厚度信息如下表所示（每層厚度35微米）：
測試電路板的頂面，電路板的最大溫升為88.8 ?C，電路板整體的焦耳熱為13.03 W。
展開 optistruct在計算疲勞壽命仿真中的應用 ￥10
常規疲勞強度計算是以名義應力為基礎的，可分為無限壽命計算和有限壽命計算。零件的疲勞壽命與零件的應力、應變水平有關，它們之間的關系可以用應力一壽命曲線（S-N曲線）和應變一壽命曲線（E-N曲線）表示。應力疲勞分析（S-N）循環應力水平低、壽命長，適用于高周疲勞；應變疲勞分析（E-N）循環應力水平高、壽命短，適用于低周疲勞。
疲勞壽命仿真常用的軟件有Radioss、Optistruct、FE-safe、FE-Fatigue、Nsoft 、MSC-Fatigue等。本案例重點介紹如何在Optistruct中實現對連桿疲勞壽命預測。
展開 
設計仿真 | 采用Marc進行橡膠件疲勞壽命分析
01
橡膠件疲勞分析概述
在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前仍然是困擾行業的難題。
Marc軟件在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
下面，我們將介紹如何采用彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。
02
彈性橡膠體的疲勞理論介紹
根據彈性體疲勞理論，彈性體的壽命和其對數應變和格林應變存在對應關系，也就是Woehler公式，其形式如下：
上述公式中，為彈性體破壞時的循環次數，為其對應的最大對數應變和格林應變。A和n為需要擬合的參數。其曲線的擬合形式如下圖所示。
然后通過雨流計數法則進行變幅損傷累積疊加，如下表達式。當D<1認為彈性體沒有發生破壞，當D≥1認為彈性體發生破壞。
在實際的計算中，只需計算一個周期的載荷循環，就可以進行彈性體壽命的預測。下面將介紹如何在Marc中進行彈性體疲勞壽命的擬合。
03
橡膠體疲勞計算案例
以汽車襯套為例，首先在現有的橡膠材料模型參數的參數基礎上，需增加用于彈性體疲勞計算的參數，如下圖所示：
其中，系數A和N分別對應Woehler公式里面的A和n。
其次，定義橡膠襯套的載荷計算工況。
展開 Endurica軟件下載與獲取指南：橡膠疲勞壽命仿真的專業工具
在橡膠制品的設計與開發過程中，能否在產品試制前準確預測其疲勞壽命，是衡量研發水平的重要標志。Endurica作為一款在全球范圍內經過廣泛驗證的橡膠疲勞壽命仿真工具，已成為多家頭部輪胎與橡膠企業研發體系中的關鍵組成部分。
引入Endurica不僅是為團隊增添一款軟件，更是構建一項可持續的工程能力。為確保該工具能夠順利落地并快速發揮價值，建議遵循專業、規范的獲取與啟動流程。
為何選擇
Endurica？
01
PART
眾多行業領先企業在提升產品耐久性方面，往往依賴于一套成熟的方法論。Endurica的核心優勢體現在以下幾個方面：
01
基于物理的仿真模型
軟件內核基于斷裂力學理論，能夠依據材料的疲勞裂紋擴展數據直接預測產品壽命，仿真結果較傳統經驗公式更為可靠。
02
與主流FEA軟件無縫集成
支持直接讀取Abaqus、Ansys、Hexagon Marc等有限元分析結果，實現高效的工作流程整合。
03
完善的模型庫
內置經過工業驗證的成熟材料模型，如Thomas疲勞裂紋擴展模型、Lake-Lindley疲勞極限模型等，可精確描述包括應變結晶效應在內的多種橡膠材料行為。
04
顯著降低測試成本
通過仿真分析篩選出不合格的設計方案，從而將實物測試資源集中于最具潛力的設計方案上。
橡膠疲勞仿真綜合解決方案功能矩陣
（上下滑動或點擊放大瀏覽）
因此，引入Endurica不僅是引入一款工具，更是引入一套經過實踐檢驗、能夠系統提升研發效率和可靠性的方法論。
Endurica軟件下載
與獲取流程
02
PART
Endurica采用正式的商業授權模式。
展開 基于MSC.Fatigue的帶孔板疲勞壽命仿真
4 結論
首先從有限元的角度對帶圓形孔的板的應力場及疲勞壽命進行了仿真，將仿真結果與疲勞實驗結果對比，驗證了該疲勞分析方法的正確性；其次用同樣的仿真方法對矩形孔板和六邊形孔板進行了應力場和疲勞壽命仿真，得出了3種不同孔口形狀的帶孔板的應力集中系數和疲勞壽命。
仿真結果表明：在其他條件相同的情況下，隨著孔的形狀逐漸的趨于圓，應力集中系數逐漸變小，疲勞壽命逐漸增大。
設計仿真 | Simufact Forming模具疲勞分析助力預測模具壽命
02
緊固件模具壽命研究
在本研究中，通過使用Simufact Forming模具壽命模塊對兩種不同緊固件（分別稱為產品A和產品B）的模具壽命進行計算，并與實際數據進行比較。產品A使用單個成形模具，而產品B則使用由多個部件組成的成形模具。采用Simufact Forming模擬了多工位冷鍛成形，將前序工位結果傳遞到后續工位，并對實際模具壽命較低的工位進行了模具壽命計算對比。
產品A仿真結果
在實際生產過程中，通常會在規定的區域出現模具失效的情況，且一般是在完成約600次鍛壓后才會發生。根據Simufact Forming模具疲勞分析結果，產品A鍛打次數計算為 667次，在指定位置出現了低周失效。
產品B仿真結果
在實際生產過程中，模具通常在1800次鍛打后會在指定位置出現模具開裂失效。根據Simufact Forming模具疲勞分析結果，產品B鍛打次數計算為2021次，在指定位置出現了低周失效。
如下圖所示，通過Simufact Forming模具壽命模塊進行的工具壽命分析結果與實際生產結果一致。本研究中所使用的工具材料的疲勞壽命數據取自 Simufact Forming的材料庫。疲勞壽命曲線是利用該功能自動創建的，由于材料數據存在差異，實際生產數據與分析結果之間存在微小的偏差。
這項研究表明，Simufact Forming模具疲勞壽命分析結果對于工業研究而言是精確可靠的。通過對可能出現早期模具故障的成形工序的檢測，我們能夠基于模具使用壽命數據進行設計優化和改進研究，并在報價階段準確確定模具成本。
展開 基于ANSYS及nCode的彈簧動力學及疲勞壽命仿真分析 ￥249
因此利用仿真軟件對彈簧的危險點及疲勞壽命進行研究、預測及估算，進而適時對其進行更換，對于提高高壓開關及電力系統的可靠性，具有重要的作用。
本案例基于螺旋彈簧的CAD模型，利用ANSYS及nCode軟件，對螺旋彈簧的進行瞬態動力學分析及疲勞壽命仿真，對于相關從業者及其他行業類似問題具有一定的幫助及指導意義。
仿真過程：
CAD及CAE模型準備
2. 設置邊界條件及瞬態動力學分析
3. 疲勞壽命設置及計算
設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對容易，但是如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前還是困擾工程師的一個難題。
Marc在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
01 Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
02 彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析，基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
03 基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設，考慮拉伸載荷作用和平均應力的修正，并給出關鍵區域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數，由于循環載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環次數變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應于Tc的最大裂紋擴展速率。
展開 Hypermesh二次開發之設備振動沖擊及長壽命的仿真流程（帶腳本） ￥15
在設備產品沖擊及振動的標準，類型相似產品的整個仿真過程中其實是一個十分固定的流程，如采用模態疊加法計算產品的沖擊或長壽命，操作及設置過程都是固化的。采用模態疊加法計算沖擊首先需提取盡可能多的模態，在此基礎下設置結構或系統的阻尼，設定整個沖擊過程的時間，輸出需要的變量及格式。
下圖為optistruct求解平臺下模態法計算瞬態沖擊的整個設置流程序。
長壽命計算的仿真流程也是類似，只是多了個輸出振動過程的PSD譜，統計標準控制下測試時間內的結構疲勞損傷。
下圖為optistruct求解平臺下模態法計算長壽命的整個設置流程。
操作過這樣的流程都知道，像這類固化又繁瑣的流程一頓操作下來，浪費掉的時間很多，有時候還會出現一些人為操作上的失誤，為了提高工作效率，不受人為因素的影響，需要在流程固化統一上做出改變，即通過HM的二次開發進行腳本設計。
結合標準及仿真平臺操作創建的腳本大致設計思路如下：
區分產品的仿真類型
區分重量
創建整個仿真平臺操作過程，根據重量計算出對應的PSD
添加窗口化
腳本的功能分區情況如下圖所示。
腳本最終交互界面如下圖所示。
腳本功能及使用效果如視頻展示。
提高工作效率一直是我們不懈追求的目標，腳本如下：
展開 
【機器人仿真案例】基于RecurDyn Durability預測機器人夾爪疲勞壽命
核心技術
n構建可還原夾爪實際結構與運動狀態的動力學模型
n通過與實際模型對標，完成接觸、摩擦、材料屬性及輸入載荷的相關性驗證流程
n基于MFBD仿真結果開展應力導向型疲勞耐久性分析
n選用適配的缺口系數，保障耐久性分析可靠性
n基于應力頻次分析制定結構設計方案，對薄弱部位進行結構強化
使用工具
RecurDyn/Professional
RecurDyn/FFlex
RecurDyn/Durability
客戶痛點
n新型機器人夾爪設計需開展夾持力分析；
n滿足高負載需求的動應力分析；
n對設計壽命10年的機器人夾爪進行壽命預測；
n需獲取耐久性分析數據。
解決方案
n基于運動學數據構建數值模型，并與多體動力學（MBD）結果對標，完成夾持力驗證；
n采用MFBD技術，分析目標負載抓取及機器人運行過程中的應力與應變；
n運用應力導向型耐久性分析方法，通過調整缺口系數實現精準壽命預測。
項目成果
n獲取了夾爪設計階段所需夾持力分析的MBD數據；
n得到預設計夾爪的應力與應變結果，識別出結構薄弱區域；
n建立了可靠耐久性分析所需的缺口系數選用方法；
n完成新型夾爪預期壽命評估，并形成相應分析數據。
疲勞失效的預期發生位置與擴展方向
展開 設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
01Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
02彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析，基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
03基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設，考慮拉伸載荷作用和平均應力的修正，并給出關鍵區域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數，由于循環載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環次數變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應于Tc的最大裂紋擴展速率。裂紋壽命計算表達式如下：
假設小裂紋的能量釋放率與裂紋的尺寸c成比例，如下所示：
同時，最大的能量釋放率可以表達為如下形式：
可得出，疲勞壽命的計算公式如下：
應該要指出的是，裂紋能量密度不僅取決于應力和應變狀態，還取決于假定裂紋平面的方向。因此，在實際計算中需要進行關鍵平面搜索，以評估使疲勞壽命最小化的方向。
展開 設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對容易，但是如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前還是困擾工程師的一個難題。
Marc在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
01
Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
02
彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析，基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
03
基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設，考慮拉伸載荷作用和平均應力的修正，并給出關鍵區域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數，由于循環載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環次數變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應于Tc的最大裂紋擴展速率。
展開 hyperworks鋼板彈簧六面體網格劃分、自由和夾緊剛度及疲勞壽命仿真分析
鋼板彈簧最主要的參數是其剛度，我們可以使用hyperworks軟件，對鋼板彈簧進行六面體網格劃分
并在板簧片與片之間設置接觸，然后對板簧的自由剛度和夾緊剛度進行仿真計算
編輯
該板簧的自由剛度為33.46N/mm；
該板簧的夾緊剛度為44.9N/mm；
板簧的疲勞應力為1165Mpa；
板簧的疲勞壽命為12.28萬次。
具體的仿真操作步驟：https://weike.fm/XW6rR1c20f
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