疲勞壽命仿真的案例
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。
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 基于ANSYS及nCode的彈簧動力學及疲勞壽命仿真分析 ￥249
如果螺旋彈簧在高壓開關全生命周期30年的過程中，出現疲勞失效，會嚴重影響高壓開關的通斷性能，甚至威脅整個電力系統的安全。而彈簧在反復載荷的作用下，其破壞形式主要是疲勞斷裂。疲勞破壞的過程往往是裂紋的成核心、形成、擴展，直到產生突發性的脆斷。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
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 
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 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 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 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 運動線纜疲勞壽命分析 ￥19.89
此外，考慮到純銅絲的疲勞壽命能夠代表整個結構的穩定性，因此，基于純銅絲的疲勞壽命預測可為評估該復合結構的疲勞性能提供可靠依據。即保證疲勞壽命大于銅絲的疲勞壽命即可，下文分析即根據純銅進行分析。工況的疲勞仿真設置如下表5-2所示。
設置情況
應力最大值
應力分析狀態
最終狀態的應力極值
疲勞曲線
C55航空航天專用線
對應載荷譜設置
-1
疲勞算法
Goodman
(2)疲勞壽命仿真結果
圖5-8 運動線纜疲勞壽命分布云圖
如圖5-8所示，圖中線纜低周疲勞的區域為三部分，分別位于頂端、中段、底端。為了研究三個部分在加載周期中的應變變化，分別在線纜潛在的疲勞區域定義了三個監測點位置。三個監測點的疲勞壽命如表5-3所示，監測點1的疲勞壽命分別為1×107，監測點2的疲勞壽命為5.07×106，監測點3的疲勞壽命為9.71×105。
進一步分析云圖可以發現，運動線纜在彎折部位的疲勞壽命顯著低于其他直線段。這主要是由于線纜在周期性運動過程中，彎折區域承受較大的曲率變化，導致最終形成疲勞失效的主要風險點。另外運動線纜的下端為固定端，為結構中疲勞壽命最低位置。這是由于布線方式受到的力矩較大，為應力集中區域，最終形成結構中疲勞壽命最小的位置，線纜的其他部分因變形較小，疲勞壽命相對較長。
展開 預測性能，耐久可靠 | 《ANSYS結構剛度及疲勞仿真解決方案》現已開放領取
1 結構強度剛度及疲勞仿真技術發展需求
2 Ansys結構強度剛度及疲勞仿真模塊功能介紹
· CAE前后處理、幾何訪問、幾何造型、有限元建模、分析集成及可視化
· 網格劃分
· 載荷及邊界條件施加
· 結果顯示及處理
· 結構力學求解器功能
· 非線性分析功能
· 復合材料結構分析功能
· 耦合場分析功能
· 多目標優化分析
· 疲勞分析
· 顯式動力學分析
· 多體水動力學模塊
3 Ansys nCode DesignLife 疲勞解決方案
· 疲勞仿真的重要性
· Ansys nCode DesignLife疲勞壽命仿真流程
· Ansys nCode DesignLife疲勞仿真功能
· Ansys nCode DesignLife優勢與價值
· Ansys nCode DesignLife常見應用案例
· 焊縫疲勞分析
· 高溫疲勞
· 熱和力疲勞
· 多軸應力/應變疲勞
· 振動疲勞
· 復合材料疲勞
4 Ansys電池振動疲勞仿真案例
· 新能源動力電池包PSD隨機振動疲勞壽命計算
· 動力電池包振動疲勞分析及改進
二、本期資料如何獲取？
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展開 采用Marc進行橡膠件疲勞壽命分析
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。
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。
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Altair HyperWorks 2019 正式發布，為您帶來強大的設計和工程軟件!
2019 年 6 月 10 日，Altair（納斯達克股票代碼：ALTR）正式發布仿真和 AI 驅動的最新版本產品開發平臺Altair HyperWorks? 2019。
新版本在單一開放式架構平臺下為設計師及仿真工程師提供了更多的解決方案，可加快決策制定、縮短產品上市時間。更好的用戶體驗、更簡潔的工作流程幫助仿真專家和普通分析人員更高效地進行產品仿真。
“我們希望幫助客戶探索更多想法，更好地了解他們的設計，提高盈利能力。”Altair 首席執行官兼創始人 James Scapa 表示，“為了實現這一點， HyperWorks 2019 將開發重點放在提高求解速度和擴展仿真功能上。為產品開發的各個階段提供優化和多物理場仿真解決方案，適用于各種產品制造方法。”
設計師、分析人員和CAE專家將獲得直觀且一致的用戶體驗
新版本的功能亮點包括：
? 復雜模型的快速仿真分析功能
Altair SimSolid? 可在幾秒到幾分鐘內對未簡化的原始CAD裝配體進行結構分析，提高設計師及分析人員的工作效率。SimSolid可分析復雜零件和大型裝配體，而使用傳統結構分析工具則可能會花費數小時或數天。
? 簡單易用的疲勞壽命仿真功能
Altair HyperLife? 是一個簡單易用的疲勞仿真解決方案，可以預測靜態、瞬態和振動負載下的疲勞壽命，從而幫助客戶快速理解潛在的疲勞耐久性問題。借助直觀的用戶界面，很少或沒有經過軟件培訓的測試工程師也可進行疲勞仿真。
HyperLife可以幫助客戶在數小時內完成產品疲勞耐久性的仿真預測，減少可能花費數月之久的物理測試。
展開 SIMULIA Fe-safe在復雜環境下的疲勞仿真優勢——車輛機架疲勞壽命分析案例
在本轉向節案例中，通過常幅重復載荷、常幅過載和變幅載荷譜三種工況進行疲勞分析和校核，得益于fe-safe算法中對塑性累積的處理十分優秀，可以看到仿真結果與實物測試高度一致。
通過對比實驗數據和仿真結果，我們可以清晰地看到 Fe-safe 在預測疲勞裂紋起始和發展方面的準確性和可靠性。
在企業的工程設計和分析中，Fe-safe可以幫助工程師們更好地理解材料疲勞行為，優化結構設計，延長產品壽命，并最終提升產品的安全性和可靠性。無論是在汽車行業、航空航天還是其他要求嚴苛的工業領域，Fe-safe 都將是一個不可或缺的工具。
因此，對于追求卓越與精確的制造企業來說，選擇 SIMULIA Fe-safe 作為疲勞分析為高級分析工程師團隊提供深入的洞察力，確保設計的最終實施是經過充分驗證、具有長期的耐久性和性能保證。為企業帶節約時間與資金成本的同時來實現更多創新和突破。
展開 飛機結構振動疲勞問題 附結構疲勞壽命分析姚衛星下載
當振動頻率遠大于結構模態頻率，以至于與聲波頻率相當時，即可視為聲疲勞進行處理。” 在其學位論文中也提到振動疲勞一詞，它指出振動疲勞與噪聲和頻率有關。雖然他們給出的定義不完全相同，但是都認為結構的振動疲勞與循環載荷的變化頻率、結構的固有頻率、交變應力的大小，以及結構對循環載荷的動力響應等因素密切相關。
在結構振動疲勞壽命估算方法方面。王明珠等人提出了一種結構隨機振動疲勞壽命估算的樣本法，通過該樣本法能夠處理在頻域內利用譜密度描述的寬帶隨機振動載荷的情況。張積亭等人提出了一種隨機振動疲勞壽命預計的簡便數據處理方法，該方法將隨機響應功率譜密度求出的特征頻率作為平均頻率進行數據處理。安剛等人根據自相關函數的極限性獲得結構響應應力的統計特性，然后進行疲勞壽命分析。吳啟鶴等人根據給出的方法從隨機載荷歷程的功率譜密度 (PSD) 中求得載荷幅值的概率分布函數，然后應用累積損傷理論估算結構振動疲勞壽命。王長武等對機載設備進行了隨機振動疲勞壽命的仿真分析。
周敏亮等人對國內外幾十年來形成的主要的振動疲勞分析方法進行了歸納整理，為飛機設計和維修提供振動疲勞的設計與分析技術支持文獻。黃超廣等人提出了一種正弦激振載荷作用下結構的疲勞壽命估算方法，并應用Visual Fortran6.5程序平臺開發出相應的振動疲勞分析程序。王榮乾在學位論文中基于模態分析理論、隨機振動理論和隨機疲勞理論，利用有限元對新舊機柜上電子設備的動態性能和機柜的疲勞性能分別進行了計算分析。
除此之外，還對振動疲勞強度問題開展了大量的其它相關研究。陸榕海等人針對發動機渦輪葉片的振動及振動疲勞破壞進行了理論分析，結果表明葉片的抗振動疲勞的能力主要取決于材料性質及葉片的形式、表面狀態，與靜強度無關。研究了裝備中的小口徑管道的振動疲勞問題。
展開 基于MSC_Fatigue的三體船連接橋疲勞壽命分析
提取三體船連接橋典型結構, 通過基于S2N 曲線的全壽命分析法, 對三體船連接橋強度和疲勞壽命進行定性分析, 得到連接橋的應力云圖和疲勞壽命云圖。通過仿真分析, 比較幾種不同的連接橋加強方式, 認為在連接橋結構加強中采用添加局..
基于MSC_Fatigue的三體船連接橋疲勞壽命分析.pdf
