疲勞壽命評估
關注創建者：SuperMatrix 創建時間：2018-01-25
疲勞壽命評估的視頻教程
Workbench+nCode隨機振動疲勞壽命評估
? ? ?本次課程介紹基于Ansys Workbench，采用nCode搭建評估系統，實現產品的隨機振動疲勞壽命評估。
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使用AnsysWorkbench對曲軸進行疲勞壽命評估
全程高清錄屏，學員可跟著視頻操作，無聲，若轉碼后看不清請聯系作者。學習時，學員可將使用類似視頻中的曲軸模型或任意其他幾何模型進行操作，重點掌握過程。視頻全長27分。
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疲勞耐久性分析及壽命評估方法（5.12已更新）
? ? 本次課程的主要內容包含三個方面：疲勞失效機理及過程、疲勞失效分析方法、振動疲勞失效分析方法。 ? ? ?考慮到目前平臺已有課程里絕大多數主要是nCode的應用，而關于疲勞失效的理論基礎較少，而這一塊的內容對于更好的應用軟件去做分析非常有必要，因此特制作了本次視頻課程，幫助大家更好的去理解疲勞分析的理論基礎和工程應用方法。
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疲勞壽命評估的實例教程
若采用網格點力方法，依據網格點力數據去推導焊趾和焊根單元邊中間點的平均膜應力和彎曲應力，進而可以計算焊趾和焊根上下表面的法向應力，用于做法向方向的疲勞壽命評估。當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力值，然后平均到中心位置。網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力對總應力的貢獻度，根據占比大小取確定，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，軟件會根據彎曲應力比重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 根據斷裂力學的觀點，金屬結構件的疲勞破壞是由于主裂紋擴展到臨界尺寸而造成的，結構的壽命取決于結構危險部位裂紋的萌生與擴展。
該方法將疲勞斷裂過程分為三個階段：
一是構件在交變力作用下產生初始裂紋（初始裂紋定義至今仍無統一標準，習慣上為0.5-1mm）；
二是裂紋開始擴展，以致產生較大宏觀裂紋；
三是裂紋急劇擴展，迅速導致破壞，它的壽命往往很短，稱瞬間斷裂壽命，工程上不予考察
按裂紋產生的時間，又可將第一階段定義為始裂壽命，第二階段定義為裂紋擴展壽命（習慣上稱剩余壽命）。對壽命的度量一般以經歷的循環荷載的次數來表示。該理論認為，疲勞極限是客觀存在的，也就是說，當構件承受的循環荷載幅值小于該構件材料的疲勞極限時，該構件不可能因產生裂紋導致破壞，即從疲勞壽命角度考察其壽命是無限的。此外疲勞壽命不僅與循環載荷幅值和材料物理、化學特性有關，還與載荷的變化頻率有關，故疲勞壽命有高周疲勞與低周疲勞之分。
前述名義應力法、局部應力一應變法等均是研究始裂壽命。而剩余壽命的研究，則較復雜。目前是一個熱點問題，工程界尚未提出普遍接受的評估手段。
近年來，斷裂力學理論得到了長足的發展，但是它還很不完善，斷裂失效的機理還不是十分清楚，所以要應用該理論得出簡單而準確可靠的疲勞壽命預測計算式還有待時日。
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可靠性設計方法
可靠性設計方法是應用可靠性理論和設計參數的統計數據，在給定的可靠性指標下，對零部件、設備或系統進行的設計。其目的是發現和確定產品存在的隱患和薄弱環節，通過預防和改進，提高產品的固有可靠性。
展開 隨著國際標準在企業的大量采用，隨機振動疲勞試驗在振動試驗中比例越來越高。借助隨機振動疲勞仿真分析技術，在產品設計階段就可預測產品壽命，并根據壽命分布云圖直觀判斷疲勞壽命大小及薄弱位置，快速判斷設計方案的優劣，避免反復多次的試驗，縮短產品開發周期。本文將以某支撐構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疲勞壽命專題線上培訓，專題講座包含：隨機振動載荷下支撐構件疲勞壽命評估、PCB電路板中的焊點可靠性分析、PCB電路板疲勞壽命分析內容，不容錯過。
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分析流程
利用ANSYS Mechanical計算出各方向激勵下應力頻響函數，然后將應力頻響函數和載荷的PSD曲線導入ANSYS Ncode軟件，定義材料的SN疲勞性能曲線，應用其振動疲勞分析求解器計算出結構應力響應的PSD，進而完成應力循環計數并計算損傷值。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力分布。在計算應力頻響函數時，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。
展開 等幅應力壽命疲勞分析目標和步驟
? 目標:
?使用ANSYS Mechanical和ANSYS nCode DesignLife
解決等幅應力-壽命疲勞分析
? 步驟
?找到算例包并解壓
?定義Engineering Data中Ncode材料
?修改Mechanical 中模型
?Mechanical 求解分析
?獲取ANSYS nCode DesignLife 系統
?求解
?后處理獲取疲勞結果
應變壽命疲勞分析理論分析基礎及DesignLife關鍵設置
Strain-Life (EN) 應變疲勞分析理論基礎
? 討論循環應力-應變曲線和應變-壽命關系的關系
? 討論平均應力的影響
基于應力疲勞壽命評估之多軸評估方法
目標和步驟
? 目標:
? 檢查多軸評估方法及影響應力壽命計算的其它因素
? 步驟
? 利用restore archive解壓縮
? Mechanical求解
? nCode SN Constant Amplitudesystem 和Mechanical 的model模塊建立連接
? 打開DesignLife
? 修改load mapping
? 求解
? 查看多軸評估
? 修改多軸評估
? 求解
? 查看結果
其他方法求解:
? 研究其他應力組合方法（ stress Combination Methods ）
?調查非平均SN數據的使用（ Certainty of survival ）
?研究應力梯度效應
?安全系數計算
等幅SN疲勞壽命分析之平均應力影響
目標/步驟
? 目標:
? 檢查平均應力對疲勞壽命評估影響
? 步驟
? restore archive
? solve Mechanical model
?
展開 本試驗主要考慮線束材料疲勞及材料老化二種失效機理條件下的加速試驗方案，加速線束疲勞失效采用線束疲勞耐久試驗裝置，將線束三軸向運動位移范圍設置為±12 mm，頻率為1 Hz，即三軸同時運動一次時間為1 s，試驗時間設置為105 s，加速線束老化失效利用溫箱來實現，設置溫度為125 ℃，時間設置為1 000 h。
加速試驗設計關鍵性技術細節還有一點就是產品的失效判據及失效檢測方式。產品的失效判據及失效檢測方式不僅影響加速試驗結果，也影響最終產品可靠性評價結果。因此，產品的失效判據及失效檢測方式為加速試驗設計重要的環節。
本試驗主要考核的是線束的電線部分疲勞失效情況，電線失效往往發生于電線內部斷絲而引起阻抗的增加。因此，選取線束的阻抗值作為失效的特征變量。通過高采樣頻率測量線束的阻抗值來監測線束內部的損傷情況，選取阻抗分析儀作為試驗儀器，并以1 kHz作為測試頻率，在線束二端施加交流電信號，測取不同時刻的阻抗值。
試驗初始時刻測量線束阻抗并記錄，試驗過程中測量頻率間隔為10 s/ 次，試驗結束后再次測量并記錄。根據行業一般標準采用100 MΩ 的阻抗作為失效判據，即認為阻抗值超過這一標準即判定為產品失效。
3 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品發生失效或者達到試驗時間停止，試驗時間為105 s 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。
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PART/2
路面建模、載荷生成與疲勞壽命評估
1路面建模方式與精度要求
路面是車輛所受載荷激勵的主要來源，其建模方式和精度直接關系到仿真結果能否真實反映實車的受載情況。數字化3D路面主要是對試車場實際路面建模，也可根據實際開發需要創建虛構的路面模型，例如為評估整車操控和懸架減震器的平坦路面。
疲勞仿真就是在結構響應分析（特別是基于CFD模擬得到的載荷譜）基礎上，引入材料的疲勞性能數據（S-N曲線或斷裂力學模型），對關鍵部位進行疲勞壽命評估。
案例概要
產品：機器人夾爪
分析目標：預測夾爪機構薄弱部位的疲勞壽命
半導體制造工藝需要處理大批量作業任務，這推動了專用機器人及各類自動化技術的發展，其中包括自主移動機器人（AMR）。半導體專用機器人夾爪的一個核心特性是：以極小接觸面積抓取物件，從而滿足潔凈室的潔凈度要求。因此，夾爪在結構上受到諸多限制，同時相較于其機械結構尺寸，還需承載相對較重的物件。此外，為滿足運輸產能需求
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。
多通道伺服液壓/電動耐久試驗機：對坐墊、靠背等施加循環載荷，模擬百萬次駕乘疲勞，檢測結構隱患，記錄數據評估疲勞壽命，適配多種座椅。
座椅總成綜合耐久試驗臺：集成多部件同步測試，支持多工位并行，模擬坐姿及調節動作，考核總成整體及部件協同可靠性。
顛簸蠕動耐久試驗臺：模擬路面顛簸與車身蠕動，檢測座椅動態疲勞及異響，貼合真實行車場景。
項目描述：
材料為“7075-T6(SN)鋁合金”的壓力容器將接受疲勞壽命的評估，它將同時承受等幅的應力和熱應力載荷。壓力載荷在0.066~3.3Mpa之間波動，熱應力也會隨著熱流在0~1471.8W/㎡之間變化。
本例的目標是分析該壓力容器在承受200萬次熱力和190萬次壓力載荷后是否失效。
如何評估總線閥島的使用壽命？6個月前
總線閥島作為連接氣動執行元件與控制系統的“神經中樞”，性能和可靠性直接影響整條產線的運行效率與穩定性，尤其對于像埃邁諾冠（IMI Norgren）這樣的全球領先流體控制技術供應商而言，產品不僅需滿足高精度、高響應速度的要求，更要在嚴苛工業環境中實現長期穩定運行，那么用戶應如何科學評估總線閥島的使用壽命？以下幾點非常重要。
總線閥島：https://www.norgren.com.cn/
在競爭白熱化的汽車市場，座椅的“第一印象”——入座瞬間的包裹感、柔軟度與支撐性——已成為主機廠的必爭之地。然而，真正的用戶體驗之戰，發生在用戶與之相處的第30分鐘、第2小時，乃至一整天的長途駕駛之后。“長期乘坐疲勞度” 才是衡量一款座椅成功與否的終極標尺，它直接關系到駕駛安全、乘客健康與品牌忠誠度。
那么，如何穿透“瞬間驚艷”的表象，在研發階段就精準預測一把座椅在長期使用中的抗疲勞性能
在先進封裝如BGA、WLCSP、SiP與3D集成中，焊點長期經受芯片功耗發熱與外部環境溫差的交替作用，其微觀組織不斷經歷熱脹冷縮和蠕變松弛。由于芯片（Si）、基板（BT/FR-4/陶瓷）與焊料（SnAgCu）之間存在顯著熱膨脹系數差異，反復的熱應力和剪切應力會在焊點頸部和角部區域集中，促使疲勞裂紋逐步萌生并向內部擴展，最終導致虛焊或開路等失效形式。傳統的壽命預測多依賴經驗曲線和統計公式，但在新材料體系
上述流程可用于焊接結構的剛度、強度、動力學等各類結構仿真分析，進一步也可以結合海克斯康疲勞仿真分析工具CAEfatigue進行后續的焊接結構疲勞分析：在CAEfatigue中，可以將MSC Nastran中的殘余應力設置為靜態應力偏置，從而在疲勞壽命評估時考慮焊接殘余應力的影響，以獲得產品更為準確的疲勞壽命分析結果。
