壽命評估的案例
干貨 | ANSYS Ncode焊縫疲勞壽命評估方法簡介
若采用網(wǎng)格點力方法，依據(jù)網(wǎng)格點力數(shù)據(jù)去推導(dǎo)焊趾和焊根單元邊中間點的平均膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，進而可以計算焊趾和焊根上下表面的法向應(yīng)力，用于做法向方向的疲勞壽命評估。當(dāng)需要對焊喉部位進行壽命評估計算時，Ncode將基于焊縫單元的兩個焊縫邊計算應(yīng)力值，然后平均到中心位置。網(wǎng)格力方法要求采用線性單元。
7. Ncode焊縫疲勞壽命評估算法評估了彎曲應(yīng)力對總應(yīng)力的貢獻度，根據(jù)占比大小取確定，焊縫為剛性或柔性，不同的彎曲力占比，需要采用不同的S-N材料曲線，軟件會根據(jù)彎曲應(yīng)力比重S-N曲線進行自動插值處理。
ANSYS Ncode Designlife焊縫疲勞仿真流程
展開 電子產(chǎn)品綜合壽命評估
產(chǎn)品的可靠性越來越得到人們的重視，而目前評估產(chǎn)品壽命的方法是通過常用的加速壽命測試，比如溫度加速壽命測試，運用阿倫紐斯溫度加速模型，推算出計算產(chǎn)品的MTBF或是是失效率（λ），然后宣稱產(chǎn)品的壽命。但是根據(jù)產(chǎn)品的壽命浴盆曲線和產(chǎn)品的失效模式，產(chǎn)品壽命需要考慮到不同浴盆曲線和各個種類的失效模式，如果有限的評估產(chǎn)品壽命需要對其各個失效模式和類型進行綜合評估，本文通過對電子產(chǎn)品的壽命分布曲線和失效模型特點，提出了綜合壽命評估是方法和具體實踐。
嘉賓簡介
李修鵬先生，在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)和可靠性工程領(lǐng)域有超過20年的經(jīng)驗，先后就職與惠普、戴爾中國研發(fā)中心、飛利浦全球技術(shù)發(fā)展中心，先后擔(dān)任可靠性技術(shù)和管理職務(wù)，現(xiàn)任昕諾飛可靠性經(jīng)理；美國質(zhì)量協(xié)會認證可靠性工程師（ASQ CRE）；6Sigma黑帶；ISO9000 內(nèi)部審核員；美國可靠性工程師學(xué)會（SRE）上海分會主席；對可靠性工程的各方面內(nèi)容都有比較深入的了解和豐富的實踐經(jīng)驗，特別是在企業(yè)可靠性流程建立、壽命數(shù)據(jù)分析、QFD、DFMEA、可靠性試驗設(shè)RDT，HALT/HASS等方面擁有豐富的實踐。
展開 CAE小記丨常用的機械疲勞壽命評估分析方法
但是機械系統(tǒng)的可靠性研究還很不成熟，況且用可靠性設(shè)計的方法也不能解決疲勞剩余壽命評估的問題。
G
概率斷裂力學(xué)
斷裂力學(xué)是基于確定性參數(shù)的估算方法。概率斷裂力學(xué)是將斷裂力學(xué)中裂紋尺寸、斷裂韌性、應(yīng)力強度因子、裂紋擴展速率等參數(shù)作為隨機變量，進行可靠性分析。這樣就提高了斷裂力學(xué)工程分析方法的可靠性。但該種方法存在一定的缺陷：
一是其涉及到隨機變量和隨機數(shù)目前主要采用正態(tài)分布、三參數(shù)威布爾分布來產(chǎn)生，顯然不足以完全反映實際情況；
二是試驗數(shù)據(jù)不足。
故這種方法在實際應(yīng)用中受到了一定的限制。
目前也有人利用模糊數(shù)學(xué)和統(tǒng)計模擬的方法對金屬結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀態(tài)進行綜合評價，并在此基礎(chǔ)上推算它的剩余壽命。這些方法是否可靠，不僅取決于數(shù)學(xué)方法，還取決于人的主觀因素。
H
金屬結(jié)構(gòu)疲勞壽命評估理論基礎(chǔ)
試驗上側(cè)重于研究選擇適合于工程的金屬結(jié)構(gòu)實際測量的方法，找到應(yīng)用于實際的判斷依據(jù)，從而正確地評價其壽命。利用計算機的虛擬技術(shù)，提高對實測數(shù)據(jù)的處理，建立金屬結(jié)構(gòu)件的專家系統(tǒng)，評定金屬結(jié)構(gòu)的疲勞剩余壽命和其余的技術(shù)指標(biāo)，進而研究金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制造和技術(shù)改造等的人工智能系統(tǒng)。
展開 多軸隨機載荷下支撐構(gòu)件疲勞壽命評估
借助隨機振動疲勞仿真分析技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計階段就可預(yù)測產(chǎn)品壽命，并根據(jù)壽命分布云圖直觀判斷疲勞壽命大小及薄弱位置，快速判斷設(shè)計方案的優(yōu)劣，避免反復(fù)多次的試驗，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。本文將以某支撐構(gòu)件受隨機振動載荷作用下疲勞壽命評估為例，介紹多軸隨機振動載荷下疲勞分析方法和流程。
2022年5月24日-26日，安世亞太大咖慧推出電子行業(yè)疲勞壽命專題線上培訓(xùn)，專題講座包含：隨機振動載荷下支撐構(gòu)件疲勞壽命評估、PCB電路板中的焊點可靠性分析、PCB電路板疲勞壽命分析內(nèi)容，不容錯過。
報名方式
分析流程
利用ANSYS Mechanical計算出各方向激勵下應(yīng)力頻響函數(shù)，然后將應(yīng)力頻響函數(shù)和載荷的PSD曲線導(dǎo)入ANSYS Ncode軟件，定義材料的SN疲勞性能曲線，應(yīng)用其振動疲勞分析求解器計算出結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)的PSD，進而完成應(yīng)力循環(huán)計數(shù)并計算損傷值。整個流程可以在ANSYS Workbench平臺中完成，其流程圖如下：
圖片圖1多軸隨機振動疲勞分析流程圖
頻響分析
頻響分析分析時通常施加某方向的單位加速度激勵，得到單位載荷激勵下模型各階頻率上的應(yīng)力分布。在計算應(yīng)力頻響函數(shù)時，所分析的頻率范圍要覆蓋PSD曲線的頻率范圍，一般取載荷PSD最大頻率范圍的1.5倍。載荷單位一定要與PSD曲線統(tǒng)一。對于多軸激勵，則進行多方向的頻響分析，得到模型各方向的傳遞函數(shù)。
圖2 支架三個方向諧響應(yīng)分析
圖3 應(yīng)力響應(yīng)曲線
多軸隨機振動載荷譜輸入
隨機振動載荷常用PSD功率譜密度來表達，針對不同的振動環(huán)境可以參考相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)查取。
展開 
汽車線束的加速試驗設(shè)計與疲勞壽命評估
本文以汽車線束為研究對象，在明確汽車線束失效模式及失效機理的基礎(chǔ)上給出一個量化的加速試驗方案，來定量化的評估汽車線束的疲勞壽命及老化壽命，研究結(jié)果供汽車行業(yè)在評價汽車線束的可靠性量化特征方面提供一個一般性的研究思路。由于汽車線束實際工作環(huán)境的復(fù)雜性，失效存在多方面的影響因素，還需要對汽車線束在實際使用中發(fā)生的失效信息進行交叉校核來進一步量化汽車線束的可靠性壽命特征量。
搖桿壽命測試儀：精準(zhǔn)評估游戲手柄耐用性的核心設(shè)備
搖桿壽命測試儀是一種專門用于檢測各類搖桿（如游戲手柄搖桿、工業(yè)控制搖桿、醫(yī)療器械搖桿等）使用壽命和可靠性的設(shè)備。它通過模擬搖桿的實際使用場景，進行長期、高頻次的機械動作測試，以評估搖桿在反復(fù)操作下的性能衰減、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及故障臨界點，為產(chǎn)品質(zhì)量改進和可靠性驗證提供數(shù)據(jù)支持。
一、主要功能與測試目標(biāo)
壽命評估
模擬用戶日常操作（如推拉、旋轉(zhuǎn)、按壓等），通過設(shè)定固定次數(shù)的循環(huán)測試（通常從數(shù)萬次到數(shù)百萬次不等），判斷搖桿是否在設(shè)計壽命內(nèi)出現(xiàn)功能失效（如信號漂移、卡頓、按鍵失靈等）。
性能衰減監(jiān)測
在測試過程中實時記錄搖桿的關(guān)鍵參數(shù)（如位移精度、信號輸出穩(wěn)定性、操作力度變化等），分析其性能隨使用次數(shù)的衰減規(guī)律。
環(huán)境適應(yīng)性測試
部分高端設(shè)備可結(jié)合溫濕度、振動等環(huán)境條件，測試搖桿在極端環(huán)境下的壽命表現(xiàn)（如高溫、潮濕環(huán)境對內(nèi)部電子元件或機械結(jié)構(gòu)的影響）。
二、適用場景
消費電子領(lǐng)域：游戲手柄、無人機遙控器、VR 設(shè)備等的搖桿壽命測試，確保產(chǎn)品在長期使用中不會出現(xiàn)操作失靈。
工業(yè)控制領(lǐng)域：機床操作桿、工程機械遙控器、船舶駕駛搖桿等，驗證其在高頻率操作下的可靠性。
三、慧通測控-搖桿壽命測試儀WH-1721-2C
獨特設(shè)計與高穩(wěn)定性：該測試儀設(shè)計獨特，具有操作簡單、性能穩(wěn)定可靠的特點，運行時噪音低，其運動機構(gòu)無需頻繁維護，可減少停機維護時間，提高測試效率，同時也降低了使用成本。此外，設(shè)備外形美觀，占用空間合理，便于在實驗室或生產(chǎn)車間部署。
模擬真實場景：設(shè)備能夠模擬人手實際使用搖桿的場景，通過調(diào)節(jié)機構(gòu)的偏心距，可以適配多種尺寸的搖桿測試，適用于 VR 手柄、游戲手柄等多種產(chǎn)品，具有較強的通用性，可滿足不同客戶、不同類型搖桿的測試需求。
展開 如何評估總線閥島的使用壽命？
評估總線閥島使用壽命不能僅看標(biāo)稱參數(shù)，而應(yīng)綜合考量元器件品質(zhì)、環(huán)境適應(yīng)力、智能化水平及供應(yīng)商實力，選擇如埃邁諾冠（IMI Norgren）這樣經(jīng)驗豐富、技術(shù)領(lǐng)先的總線閥島供應(yīng)商，是保障產(chǎn)線高效、穩(wěn)定、長壽命運行的關(guān)鍵一步。
汽車高壓線束的加速試驗設(shè)計與疲勞壽命評估
按上述加速試驗方案對汽車線束進行加速壽命試驗，分別為疲勞耐久試驗和高溫老化試驗。疲勞耐久試驗進行到產(chǎn)品發(fā)生失效或者達到試驗時間停止，試驗時間為105s約為27.8 h，加速因子為105/20等于5 000，因此，疲勞壽命粗略估計為27.8 h×5 000，約為15.9年。高溫老化試驗在125 ℃試驗條件下進行1 000 h，由于線束老化的失效機理模型為Arrhenius公式，故加速因子由加速應(yīng)力水平下Arrhenius公式參數(shù)對正常應(yīng)力水平下Arrhenius公式參數(shù)得到，如下式所示：
式中：AF—加速因子；
Tuse—正常使用環(huán)境條件下的溫度；
Tstress—加速條件下的環(huán)境溫度（單位為熱力學(xué)溫度K），
試驗中表觀活化能Ea取3.08（J/mol）；
R—摩爾氣體常量8.31 J/（mol·K），
Tuse=273+25= 298 K，Tstress=273+125=398 K，
代入加速因子計算公式得出加速因子AF約為22.76，由此可估算出線速老化壽命約為2.6年。
通過上述加速試驗結(jié)果，可得出進行10萬次的疲勞耐久試驗可模擬汽車線束15.9年的疲勞壽命，進行1 000 h的125 ℃高溫老化試驗可模擬汽車線束2.6年的老化壽命。在實際工程中，可根據(jù)不同種類的汽車線束和不同的使用環(huán)境要求進行特定的加速壽命試驗，研究方法供汽車行業(yè)在進行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用。
感謝分享！
展開 Abaqus Anand UMTA 腳本，用于芯片焊點壽命評估 ￥10
傳統(tǒng)的壽命預(yù)測多依賴經(jīng)驗曲線和統(tǒng)計公式，但在新材料體系、更復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)以及多變工況下往往適用性不足。因此，行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向機理驅(qū)動的數(shù)值模擬：利用Abaqus平臺構(gòu)建器件有限元模型，通過用戶子程序UMAT嵌入焊料真實的黏塑-蠕變本構(gòu)行為，并結(jié)合ΔW（非彈性能量密度）、Δε（應(yīng)變幅）等物理量作為壽命驅(qū)動參量，借助 Darveaux、Engelmaier或Coffin–Manson等壽命律建立“循環(huán)響應(yīng)—失效壽命”的映射關(guān)系。這一方法不僅能揭示失效機理，還能在設(shè)計階段預(yù)測壽命分布，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性提升提供科學(xué)依據(jù)。
展開 零基礎(chǔ)如何通過仿真評估血管支架疲勞壽命 ￥19
醫(yī)療器械對產(chǎn)品的安全和穩(wěn)定性要求非常嚴格，依據(jù)《YY/T 0663.2-2016血管支架》耐久性是一項最重要的需要嚴格評估的物理性能。但是通過測試驗證的周期非常耗時燒錢，疲勞測試需要累計振動3.8億次，一般至少也要耗時數(shù)月。如果在研發(fā)初期引入有限元方法對支架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析，可以減少不必要的疲勞測試大大降低研發(fā)投入縮短產(chǎn)品驗證的周期。另外在疲勞測試時也不可能對所有規(guī)格全部進行疲勞測試，依據(jù)《YY/T 0808-2010血管支架體外脈動耐久性標(biāo)準(zhǔn)測試方法》5.2和5.4要求，在規(guī)格選擇上需要充分說明選擇的依據(jù)，而有限元方法是一種非常高效的理論分析依據(jù)。
假如你只是一個普通的研發(fā)工程師而公司又沒有仿真工程師，你對材料力學(xué)、彈性力學(xué)、有限元等學(xué)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(dǎo)。
展開 汽車高壓線束的加速試驗設(shè)計與疲勞壽命評估
按上述加速試驗方案對汽車線束進行加速壽命試驗，分別為疲勞耐久試驗和高溫老化試驗。疲勞耐久試驗進行到產(chǎn)品發(fā)生失效或者達到試驗時間停止，試驗時間為105s約為27.8 h，加速因子為105/20等于5 000，因此，疲勞壽命粗略估計為27.8 h×5 000，約為15.9年。高溫老化試驗在125 ℃試驗條件下進行1 000 h，由于線束老化的失效機理模型為Arrhenius公式，故加速因子由加速應(yīng)力水平下Arrhenius公式參數(shù)對正常應(yīng)力水平下Arrhenius公式參數(shù)得到，如下式所示：
式中：AF—加速因子；
Tuse—正常使用環(huán)境條件下的溫度；
Tstress—加速條件下的環(huán)境溫度（單位為熱力學(xué)溫度K），
試驗中表觀活化能Ea取3.08（J/mol）；
R—摩爾氣體常量8.31 J/（mol·K），
Tuse=273+25= 298 K，Tstress=273+125=398 K，
代入加速因子計算公式得出加速因子AF約為22.76，由此可估算出線速老化壽命約為2.6年。
通過上述加速試驗結(jié)果，可得出進行10萬次的疲勞耐久試驗可模擬汽車線束15.9年的疲勞壽命，進行1 000 h的125 ℃高溫老化試驗可模擬汽車線束2.6年的老化壽命。在實際工程中，可根據(jù)不同種類的汽車線束和不同的使用環(huán)境要求進行特定的加速壽命試驗，研究方法供汽車行業(yè)在進行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用。
感謝分享！
展開 
汽車高壓線束的加速試驗設(shè)計與疲勞壽命評估
按上述加速試驗方案對汽車線束進行加速壽命試驗，分別為疲勞耐久試驗和高溫老化試驗。疲勞耐久試驗進行到產(chǎn)品發(fā)生失效或者達到試驗時間停止，試驗時間為105s約為27.8 h，加速因子為105/20等于5 000，因此，疲勞壽命粗略估計為27.8 h×5 000，約為15.9年。高溫老化試驗在125 ℃試驗條件下進行1 000 h，由于線束老化的失效機理模型為Arrhenius公式，故加速因子由加速應(yīng)力水平下Arrhenius公式參數(shù)對正常應(yīng)力水平下Arrhenius公式參數(shù)得到，如下式所示：
式中：AF—加速因子；
Tuse—正常使用環(huán)境條件下的溫度；
Tstress—加速條件下的環(huán)境溫度（單位為熱力學(xué)溫度K），
試驗中表觀活化能Ea取3.08（J/mol）；
R—摩爾氣體常量8.31 J/（mol·K），
Tuse=273+25= 298 K，Tstress=273+125=398 K，
代入加速因子計算公式得出加速因子AF約為22.76，由此可估算出線速老化壽命約為2.6年。
通過上述加速試驗結(jié)果，可得出進行10萬次的疲勞耐久試驗可模擬汽車線束15.9年的疲勞壽命，進行1 000 h的125 ℃高溫老化試驗可模擬汽車線束2.6年的老化壽命。在實際工程中，可根據(jù)不同種類的汽車線束和不同的使用環(huán)境要求進行特定的加速壽命試驗，研究方法供汽車行業(yè)在進行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用。
往期精彩內(nèi)容:
新能源汽車連接器3D動畫大賞，太漂亮！
展開 非金屬材料的高、低周壽命評估，受哪些因素影響？
下圖展示了疲勞斷裂的三個階段：
圖1 疲勞斷裂的三個階段
機件疲勞失效前的工作時間稱為疲勞壽命。疲勞斷裂與靜態(tài)作用下的斷裂有所不同，無論何種材料，疲勞斷裂都是突然發(fā)生的，事先并無明顯的塑性變形，因此很難事先察覺，具有極大的危險性。所以對材料疲勞壽命的研究就變得尤為重要。
現(xiàn)有疲勞測試標(biāo)準(zhǔn)中大部分都是關(guān)于金屬疲勞試驗的標(biāo)準(zhǔn)，針對塑料疲勞測試的標(biāo)準(zhǔn)很少，所以很多金屬的試驗方法步驟被用于塑料試驗，但是使用時必須小心，因為金屬是低阻尼、高熱傳導(dǎo)的材料，而塑料是粘彈性、低熱傳導(dǎo)的材料。
據(jù)文獻報道，在測試過程中加載頻率，應(yīng)變速率，應(yīng)力比，波形等是影響疲勞壽命的主要因素。對于塑料而言，加載頻率對于疲勞壽命的影響至關(guān)重要，過高會影響試驗結(jié)果，過低則明顯地使試驗周期延長，因此國高材分析測試中心，對加載頻率與疲勞壽命的影響規(guī)律展開了研究。
試驗設(shè)計
試驗樣品制備
樣品按照標(biāo)準(zhǔn)要求注塑成測試樣條。具體尺寸為ISO 527 1A型拉伸樣條。
展開 疲勞壽命評估-三區(qū)間法（內(nèi)容已全部公開-有視頻詳解） ￥1
已更新基于Workbench平臺的nCode隨機振動疲勞壽命分析的視頻介紹，實操+講解。
三區(qū)間法又稱為三帶技術(shù)，是Steinberg通過整理與重新編排大量的試驗數(shù)據(jù)，提出的一種基于高斯分布與Miner準(zhǔn)則的簡化方法，可用于分析結(jié)構(gòu)在隨機振動環(huán)境下的疲勞壽命。它具有合理的準(zhǔn)確度與精度，可以滿足大多數(shù)工程要求。首先假設(shè)結(jié)構(gòu)受到的隨機激勵服從高斯分布，1σ水平的瞬時加速度作用在-1σ和+1σ之間的時間占68.3%，2σ水平的瞬時加速度作用在-2σ和+2σ之間的時間占27.1%（95.4%－68.3%），3σ水平的瞬時加速度作用在-3σ和+3σ之間的時間占4.33%（99.73%－95.4%），如下圖所示。
利用1σ、2σ和3σ應(yīng)力水平與振動頻次，再使用S-N曲線與Miner準(zhǔn)則來計算焊點的疲勞損傷，從而得到振動疲勞壽命。疲勞損傷具體計算公式如下：
上式中
N1σ、N2σ和N3σ分別是從S-N曲線得到的1σ、2σ和3σ應(yīng)力水平所對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)。
對于n1σ、n2σ和n3σ的計算，主要分兩種情況：
（1）只考慮PCB的一階固有頻率（基頻）
假設(shè)PCB是單自由度系統(tǒng)，也就是只考慮基頻，有：
其中fn為PCB的基頻，T為振動載荷施加時間，vn=fn·T為振動頻次。上述計算方式，可以看做對PCB施加的是窄帶隨機振動，只激勵PCB的基頻。
則更根據(jù)Miner準(zhǔn)則和Basquin公式：
公式推理：
由上式可知1.953σ應(yīng)力水平作用T時間造成的疲勞損傷與1σ、2σ和3σ應(yīng)力水平分別作用0.683T、0.271T和0.0433T造成的累積損傷相同。因此，只要知道1σ應(yīng)力水平值、焊點材料的S-N曲線、PCB基頻以及隨機振動載荷施加時間，即可計算累積損傷，從而預(yù)計疲勞壽命。
展開 基于虛擬樣機技術(shù)的貨車車體評估
基于虛擬樣機技術(shù)的貨車車體疲勞壽命評估.part1.rar
基于虛擬樣機技術(shù)的貨車車體疲勞壽命評估.part2.rar
基于虛擬樣機技術(shù)的貨車車體疲勞壽命評估.part3.rar
