有限元疲勞分析工具的案例
“拒絕疲勞”力學(xué)工作室—自我介紹
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我們是一群“拒絕疲勞”力學(xué)愛好者。我們沉迷于專業(yè)的有限元疲勞分析工具和解決方案的開發(fā)。我們已經(jīng)基于某國產(chǎn)自主仿真平臺開發(fā)了專門的有限元疲勞分析工具“原點”。
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我們的小伙伴覆蓋了專業(yè)的研發(fā)人員，擁有豐富經(jīng)驗及專業(yè)技能的工程師、軟件開發(fā)專家。在疲勞力學(xué)、仿真技術(shù)以及軟件開發(fā)領(lǐng)域擁有深厚的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。
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我們可以做：
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l 提供專業(yè)的疲勞仿真工具或根據(jù)客戶需求，定制開發(fā)適合特定行業(yè)和應(yīng)用場景的分析工具。
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l 提供疲勞仿真技術(shù)咨詢和培訓(xùn)服務(wù)，幫助掌握疲勞分析的技術(shù)方法和工程實踐。
展開 聯(lián)合ABAQUS與Fe-safe的隨機振動疲勞分析（隨機疲勞理論及有限元軟件操作講解） ￥25
結(jié)論
本文介紹隨機疲勞壽命分析的基礎(chǔ)理論，并使用有限元軟件ABAQUS與Fe-safe聯(lián)合仿真技術(shù)，在基于PSD譜上，對某一啞鈴狀板梁進行了隨機振動疲勞壽命仿真分析，同時也介紹了該聯(lián)合仿真分析的流程。在分析結(jié)果中，對比了隨機振動仿真的RMS計算結(jié)果和fe-safe隨機疲勞壽命的計算結(jié)果，評估分析結(jié)果的可信度。此疲勞仿真分析技術(shù)對產(chǎn)品的開發(fā)有著重要的幫助，可以在產(chǎn)品設(shè)計階段有效控制其疲勞壽命, 指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
此外，后期我會補充一些實際項目中的應(yīng)用案例，為讀者在解決實際的工程問題中提供一定的參考,敬請期待！
參考文獻
[1] 劉龍濤，李傳日，程祺. 某結(jié)構(gòu)件的隨機振動疲勞分析[J]. 振動與沖擊，2013, 32(21)
[2] 林 明，謝里陽. 疲勞壽命預(yù)測頻域方法分析與比較[J]. 失效分析與預(yù)防，2016，11(5)
[3] 楊萬均，施榮明. 隨機振動應(yīng)力幅值的分布規(guī)律[J]. 機械設(shè)計與研究，2011，27(6)
[4] 李西順. 基于OptiStruct的電動汽車電池包振動疲勞分析. Altair技術(shù)大會優(yōu)秀論文
[5] 達索公司. Abaqus Analysis User's Manual. SIMULIA Abaqus 6.14
[6] 達索公司. fe-safe user manual. SIMULIA fe-safe 2018
展開 資料分享-有限元疲勞分析.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
好了
用有限元法進行疲勞分析
用有限元法進行疲勞分析
一、有限元法疲勞分析的基本思路
用有限元法進行疲勞分析，其基本思路是：首先進行靜或動強度分析，然后進入到后處理器取出相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果，在后處理器中再定義載荷事件，循環(huán)材料特性，接著根據(jù)所需要的疲勞準則對每一個載荷事件進行壽命計算，最后根據(jù)累計損傷理論判斷是否開始破壞。 由于結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)往往是一復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，而在實驗中測得的結(jié)構(gòu)材料S-N曲線又常是在簡單應(yīng)力狀態(tài)下獲得的，因此常用最小能量屈服準則或其它等效準則，將所研究的疲勞點上的復(fù)雜應(yīng)力用一個等效應(yīng)力替代。對有限元法而言，這一過程很容易實現(xiàn)。等效替代以后，即可參照原始材料的S-N曲線進行疲勞壽命評估。
上述方法稱之為應(yīng)力-壽命法或S-N法，該方法不嚴格區(qū)分裂紋產(chǎn)生和裂紋擴展，而是給出結(jié)構(gòu)發(fā)生突然失效前的全壽命估計。當(dāng)然，還可以采用更加現(xiàn)代化的局部應(yīng)變法或初始裂紋法。因篇幅所限，下面結(jié)合Abaqus軟件，僅討論S-N法，且針對車輛結(jié)構(gòu)疲勞分析
用有限元法進行疲勞分析.pdf
展開 
有限元軟件進行疲勞分析的若干問題
計算安全壽命 Ts=TL/D
MSC.Fatigue軟件與此方法結(jié)合的很好，然而，有限元法解決實際工程中的疲勞問題還有一些問題：
1. 目前疲勞理論對于材料微裂紋的形成和擴展過程中的某些效應(yīng)無法全面徹底地分析其機理，因此在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來的各種方法在某些情況下可能導(dǎo)致結(jié)果誤差很大；
2. 各種疲勞分析有限元法對應(yīng)力類型及作用方式十分敏感，而實際工程中這些因素往往無法精確得到，造成結(jié)果分散性相當(dāng)大；
3. 很難預(yù)先判斷易發(fā)生疲勞破壞的危險區(qū)域，而想要對其中所有可能發(fā)生初始裂紋的節(jié)點進行細化建模分析目前顯然不太現(xiàn)實；
4. 不確定因素如載荷時間歷程的復(fù)雜性、模型試驗結(jié)果的分散性、殘余應(yīng)力及腐蝕影響等，可能導(dǎo)致結(jié)果與實際情況存在量級上的偏差。
對于常用的疲勞分析軟件Fatigue，其自帶三種分析方法適用范圍如下：
1. S-N曲線總壽命分析法：
疲勞壽命相當(dāng)長的結(jié)構(gòu)，且很少發(fā)生塑性變形；
裂紋初始化及裂紋擴展模型不適用的結(jié)構(gòu)如復(fù)合材料、焊接材料、塑料以及一些非鋼結(jié)構(gòu)；
已有針對結(jié)構(gòu)的大量現(xiàn)成S-N數(shù)據(jù)的情形；
焊接熱點區(qū)域疲勞分析以及隨機振動引發(fā)的疲勞問題。
2. 適用裂紋初始化分析法的情形：
基本沒有缺陷的金屬構(gòu)件；
對安全性要求高，把初始裂紋的發(fā)生作為疲勞失效準則的構(gòu)件；
確定哪些節(jié)點可能會發(fā)生疲勞初始裂紋并研究裂紋擴展情況時；
分析結(jié)構(gòu)使用不同材料以及不同表面處理情況的影響效應(yīng)時；
各項同性且延展性強的金屬材料構(gòu)件，具有對稱的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
塑性占據(jù)主要地位的低周疲勞。
3.
展開 關(guān)于疲勞問題的有限元分析清單
1、疲勞破壞的原因及分類
原因：
應(yīng)力波動引起的機械疲勞
循環(huán)載荷同高溫聯(lián)合作用引起的蠕變疲勞
循環(huán)受載部件的溫度變動引起的熱機械疲勞
零件之間的滑動和滾動接觸相結(jié)合產(chǎn)生的接觸疲勞
分類：
高周疲勞(high circle fatigue)：循環(huán)次數(shù)≥104周次
低周疲勞(low circle fatigue) ：循環(huán)次數(shù)≤104周次
2、疲勞有限元分析步驟：
通過靜力學(xué)方法分析對象的應(yīng)力分布；將計算的結(jié)果導(dǎo)入到fatigue分析模塊；
定義疲勞分析的應(yīng)力/應(yīng)變的類型(一般選擇Max. Abs. Principal，即主應(yīng)力/應(yīng)變絕對值的最大值)；對應(yīng)了S－N曲線中的應(yīng)力S或者E－N曲線中的應(yīng)變。
輸入載荷信息，即將第1步的計算結(jié)果導(dǎo)入；定義一個周期時間內(nèi)的動載荷。
展開 基于有限元法的汽車構(gòu)件疲勞壽命分析
對汽車構(gòu)件結(jié)構(gòu)疲勞分析和壽命預(yù)測方法即靜態(tài)疲勞分析方法和總壽命S一Ⅳ預(yù)測方法進行了介紹。針對某種型號轎車的懸架,應(yīng)用多體動力學(xué)軟件ADAMS構(gòu)建了懸架的虛擬樣機,進行了動力學(xué)仿真分析。并應(yīng)用MSC系列有限元分析和疲勞軟件對下控制臂進行分析,計算了其應(yīng)力特性和疲勞壽命。
基于有限元法的汽車構(gòu)件疲勞壽命分析.pdf
基于有限元法的轎車車身結(jié)構(gòu)及焊點疲勞壽命分析
基于有限元法的轎車車身結(jié)構(gòu)及焊點疲勞壽命分析
FEMTransfer_仿真分析有限元CAE模型轉(zhuǎn)換工具軟件
舉以下幾個案例，闡明FEMTransfer軟件能帶來的CAE仿真分析工作的革命性效率提高：1）Ansys軟件前處理人機交互界面并不太友好和高效率，可以通過Patran建立復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模型，然后通過本軟件直接導(dǎo)入Ansys軟件進行計算；2）先通過Sesam軟件的Genie模塊，可以非常便捷地一鍵實現(xiàn)梁單元的朝向和偏移，建模效率特別高，然后通過本軟件直接導(dǎo)入Patran/Ansys/Abaqus軟件，能夠使得建模效率提高至少2-3倍；3）在Ansys中通過命令流可以極其迅速地自動建立海上風(fēng)機的模型，然后通過本軟件可以順利導(dǎo)入Abaqus軟件中，進行樁基-巖土這類非線性極強的樁土分析，這樣即可以利用Ansys的命令流極高的工作效率又可以利用Abaqus軟件擅長的樁土非線性分析。
二、軟件功能
有限元模型轉(zhuǎn)換軟件FEMTransfer的現(xiàn)有功能：
1）實現(xiàn)Patran/Nastran/Femap、Abaqus、Ansys/Workbench、Sesam(Genie/Patranpre)、盈建科/PKPM、Sacs、LsDyna等仿真分析軟件的有限元模型相互轉(zhuǎn)換，保證了板單元、梁單元、實體單元、質(zhì)量點單元、彈簧單元的完美轉(zhuǎn)換，尤其著重關(guān)注和完美解決了梁單元的朝向和偏移保持和輸入模型一致，轉(zhuǎn)換后不需要再手動調(diào)整。最終實現(xiàn)了建立一個模型，可以在多種CAE仿真分析軟件中計算的目的，極大提高了工作效率。
展開 基于子模型-全局模型技術(shù)的微動疲勞Abaqus有限元分析
1計算任務(wù)的描述
交變荷載作用下金屬板材及構(gòu)件的微動疲勞問題是復(fù)雜服役狀態(tài)下土木工程結(jié)構(gòu)及設(shè)備所面臨的主要挑戰(zhàn)和難題。本說明書首次提出了基于子模型和全局模型技術(shù)的微動疲勞有限元模擬方法，并利用晶體塑性有限元方法模擬了pad和軸向體應(yīng)力作用下specimen的微動疲勞過程，并根據(jù)等效塑性應(yīng)變分布云圖識別出模型內(nèi)部和接觸表面最先發(fā)生起裂的薄弱部位。我們所提出的方法考慮了試樣晶粒尺寸、形態(tài)和組構(gòu)等細觀特征，克服了宏-細觀尺度耦合問題，可從物理層面分析試樣的微動疲勞特征并預(yù)測其初始起裂壽命。
本計算任務(wù)書主要說明了利用Abaqus軟件完成的300次循環(huán)加載的微動疲勞模擬結(jié)果。
2 仿真計算采用的設(shè)備基本情況（CPU、內(nèi)存等）
計算采用移動工作站Dell Precision 7550，CPU為至強W-10885M四核處理器；內(nèi)存為128GB。
3 計算模型的處理技術(shù)
（1）子模型-全局模型耦合技術(shù)
（2）晶體塑性有限元模擬技術(shù)
圖1 計算模型設(shè)計（a為接觸半寬）
計算模型采用了子模型-全局模型耦合技術(shù)。模型尺寸如圖1所示。
子模型微動疲勞模擬技術(shù)可歸納為如下步驟：(a)第一步，分別建立粗網(wǎng)格全局模型和局部區(qū)域細化的子模型，并沿子模型邊界部位切割全局模型；(b)第二步，對宏觀全局模型進行微動疲勞分析，并保存子模型邊界附近的分析結(jié)果；(c)第三步，定義子模型邊界，設(shè)置各個分析步中的驅(qū)動變量(driven variables)，并對細觀子模型進行微動疲勞分析；(d)第四步，比較全局模型和子模型在子模型邊界附近的分析結(jié)果，驗證子模型設(shè)置的有效性。
4 方法計算的機時耗費情況
計算耗費時間約20個小時。
展開 2006年會msc.fatigue論文--基于模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)的有限元疲勞分析方法
基于模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)的有限元疲勞分析方法
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ANSA——用于有限元分析的高級前處理工具
ANSA(Automatic Net-generation for Structural Analysis)是希臘BETA CAE S.A.公司開發(fā)的一套用于有限元分析的高級前處理工具，它集成了有限元建模過程中——從CAD數(shù)據(jù)輸入直到可以提交運算的求解器輸入文件——的所有必需功能，它是連接CAD與CAE分析之間的橋梁。
目前，ANSA已經(jīng)因其強大功能在碰撞、疲勞、NVH和CFD以及其它研究領(lǐng)域的有限元分析建模中得到廣泛應(yīng)用，在當(dāng)前世界CAE前處理軟件市場占據(jù)領(lǐng)先位置。多年來，該產(chǎn)品一直都是包括汽車、摩托車、鐵路、航天航空、化工和教育等眾多領(lǐng)域中的標準CAE前后處理工具。
ANSA主要功能：
高性能 CAD 創(chuàng)建功能；
幾何清理和重構(gòu)；
細節(jié)特征定位和去除；
強大的零件裝配和連接功能，提供數(shù)目眾多的連接方式選擇；
提供多種算法實現(xiàn)自動快捷地網(wǎng)格劃分，并保證幾何與網(wǎng)格相關(guān)聯(lián)；
基于面網(wǎng)格實體單元生成方法，可以同時生成邊界層；
支持 NASTRAN、LS-DANA、PAM-CRASH、RADIOSS、ABAQUS和ANSYS的前處理；
具有功能強大的實體定義、編輯、找和修改工具；
有用于油箱分析、橫截面和白車身涂裝分析的附加工具。
ANSA技術(shù)特點：
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速度，ANSA是最快捷的有限元前處理軟件；
快速、強健的算法；
簡便易用的幾何清理、修復(fù)和構(gòu)建功能；
網(wǎng)格與幾何的相關(guān)性；
CAD模型和FE模型共存于同一數(shù)據(jù)庫；
實現(xiàn)快速準確裝配的連接管理器；
快速自動的高質(zhì)量裝配體網(wǎng)格劃分；
網(wǎng)格重構(gòu) —— 極其快速的改善網(wǎng)格質(zhì)量和修改網(wǎng)格大小；
多個求解器前處理模板之間可以互操作；
一級菜單系統(tǒng) 一到兩次點擊完成大部分任務(wù)；
展開 復(fù)合材料有限元分析中如何計算損傷包絡(luò)面積？（附工具） ￥500
另外，在使用過程中，復(fù)合材料對沖擊損傷非常敏感，如鳥撞、跑道砂石撞擊、工具掉落等都有可能造成復(fù)合材料損傷。這些缺陷和損傷往往在材料表面毫無目視可見的痕跡，而在材料內(nèi)部卻出現(xiàn)纖維斷裂、分層、脫粘等缺陷和損傷，大大降低了構(gòu)件的承載能力。
為了及時準確地發(fā)現(xiàn)和檢測出材料內(nèi)部的缺陷和損傷，為進一步評價材料、結(jié)構(gòu)的可靠性奠定基礎(chǔ)，就需要引入無損檢測。目前，針對復(fù)合材料常用的無損檢測方法主要有目視法、超聲波法、X射線法、光學(xué)法、微波法和聲發(fā)射法等。
對于做有限元分析的人來講，在預(yù)測結(jié)構(gòu)損傷時，需要將計算所得的損傷包絡(luò)及損傷包絡(luò)面積與無損檢測結(jié)果進行對比。那么，如何在有限元分析結(jié)果中獲得準確的損傷包絡(luò)及包絡(luò)面積呢？筆者曾經(jīng)用過最笨的方法是一個單元一個單元去數(shù)的，數(shù)來數(shù)去就暈了，今天就介紹以下Abaqus中的操作方法和工具。
一. 殼單元
這類單元實現(xiàn)起來最簡單，例如以下層壓板共八層，在沖擊載荷下，每一層的基體損傷如下圖所示。
如果想查看所有鋪層基體損傷的最大包絡(luò)面積，只需要點擊Results→Section points菜單，并按下圖所示進行設(shè)置即可。
展開 2006年會msc.fatigue論文--有限元疲勞分析方法及在汽車工程中的應(yīng)用
有限元疲勞分析方法及在汽車工程中的應(yīng)用
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基于有限元的虛擬疲勞壽命預(yù)測
基于有限元的虛擬疲勞壽命預(yù)測2.rar
基于有限元的虛擬疲勞壽命預(yù)測1.rar
