Lebensdauer & Betriebsfestigkeit

Verschleißbeständigkeit, hohe Dauerfestigkeit und lange Lebensdauer bedeuten
weniger Gewährleistungsfälle, größtmögliche Sicherheit und niedrige Kosten

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Lebensdauer und Betriebsfestigkeit sind Eigenschaften mit zentraler Bedeutung. Nur wenn man weiß, wie und wann eine Struktur versagt, kann Design und Sicherheit nachhaltig verbessert werden. Die Vorhersage von Versagen und Materialermüdung zählt aber zu den schwierigsten Aufgaben in der Produktentwicklung. Es gibt physische Tests, mit denen alle vorstellbaren Fehlerszenarien untersucht werden können. Die Kosten dafür sind allerdings oft unerschwinglich. Lebensdauer und Betriebsfestigkeit mit Hilfe von numerischen Simulationsmethoden zu analysieren, gewinnt daher eine immer größere Bedeutung.

Bei der Analyse geht es neben der Berechnung der Lebensdauer auch darum, sichere Betriebsbelastungen zu errechnen und Kurven zu Gewährleistungsfällen darzustellen. Darüber hinaus gehören die Auswirkungen hoher Temperaturen, Fertigungsprozesse und Spannungen im montierten Zustand zu den untersuchten Aspekten.

MSC Software verfügt in seinem Portfolio über FE-basierte Lösungen für Material- und Festigkeitsprobleme. Diese ermöglichen präzise Vorhersagen der Lebensdauer und Ermüdung unter jeder erdenklichen Kombination aus zeit- oder frequenzabhängigen Belastungsbedingungen.

Zu den Stärken von MSC Software im Bereich Lebensdauer gehören:
 

An entirely new concept for CAE based fatigue calculations.

NEF enables fatigue analysis to be performed as an integral part of stress analysis and not as a post processing task. This improves current practices which can be cumbersome and time consuming. NEF revolutionizes the way current calculations are done because there is a dramatic reduction in the number of miscellaneous files that have to be managed (improved durability management) and a corresponding reduction in the overall process time a large job can take.

With Nastran Embedded Fatigue (NEF), large stress (intermediate) files are no longer be needed. This eliminates the need for time consuming file transfer, reduces memory requirements, and enables fatigue computations to be performed faster in memory with use of less disk space. In this way full body fatigue calculations for large models are made possible.

 

NEVF enables users to perform the fatigue analysis in frequency domain with techniques that are often used for dynamic structural analyses. This computationally efficient procedure provides life estimates orders of magnitude faster with minimal loss in accuracy, while using only a small fraction of system resources compared to traditional methods. Frequency domain methods also offer quality results for complex load histories, which could be even random in nature.

Engineers can perform vibration fatigue studies with any of the following commonly used loading conditions:

  • Single-input random load with or without static stress offset
  • Multi-load random input including cross-correlation with or without static stress offset
  • Deterministic loading (single sine waves and narrow bands)
  • Harmonic loading (multiple simultaneously applied sine waves)
  • Sine and narrow band sweeps
  • Duty Cycles: All of the above loading types can be assembled in to load events and sequences to make up realistic duty cycles.
 

MSC Fatigue ist das branchenweit fortschrittlichste Produkt für die Analyse von Lebensdauer und Ermüdung.

Mit diesem Programm können Anwender umfangreiche Analysen zur Ermüdungsbeständigkeit durchführen. Sie können alle relevanten kritischen Stellen ermitteln und die Lebensdauer von Produkten bei jeder beliebigen Kombination von zeit- oder frequenzabhängigen Belastungsbedingungen schnell und genau vorhersagen. Dank der Softwareumgebung lassen sich CAE- sowie die Dynamik- und Lebensdaueranalyse auf einer einzigen Oberfläche verwalten. Das Programm enthält nicht nur erweiterte Module, die von MSC Software über einen Zeitraum von 20 Jahren entwickelt wurden, sondern auch aktuellere Module, die im Rahmen der Entwicklung des Programmpakets nCode DesignLife entstanden sind.

MSC Fatigue ist vollständig in Patran integriert. Daher kann von dort aus auf die enorm leistungsstarken Pre- und Postprozessing-Funktionen dieser Modellierumgebung zugegriffen werden.

 

Im FE-Solver Marc ist eine umfangreiche Liste von Fehlermodellen enthalten, die für verschiedene Werkstoffklassen geeignet sind. Dazu gehören beispielsweise zähe und spröde Stoffe, Verbundwerkstoffe, Elastomere oder Beton. Mit der soliden Funktion zur Rissausbreitung können Ingenieure die Fehlermechanismen besser erfassen und geeignete Methoden anwenden, um einem folgenschweren Versagen vorzubeugen.

Auch mit MSC Nastran können Funktionen für die Rissausbreitung berechnet werden, allerdings nicht so detailliert wie mit Marc. Beide Ergebnisse können jedoch für die Risswachstumsberechnung in MSC Fatigue herangezogen werden.

 

Mit Adams/Durability, einem Modul aus dem Adams-Softwarepaket, gelingt der Schritt aus der realen Welt der Materialermüdungstests hin zu einem virtuellen Prüfstand. Adams/Durability kann Betriebszyklen für die Ermüdung simulieren, Protokolle zur Komponentenbelastung erstellen oder aber einen Prüfstand mit Hilfe von Ausgabedaten im Format RPC II oder DAC betreiben. Weiterhin besteht die Möglichkeit, Spannungen grafisch darzustellen, Spitzenlastpunkte in flexiblen oder starren Komponenten zu ermitteln oder die Komponentengestaltung durch Verknüpfung mit Programmen für die Prognose der Lebensdauer zu verbessern.

Somit ist Adams ein wertvolles Werkzeug, um Protokolle zur FE-Belastungsdauer zu erstellen. Sowohl MSC Fatigue als auch Nastran Embedded Fatigue (NEF) greifen auf diese Protokolle zurück. Zu diesem Zweck sind beide Produkte mit einem Link versehen, über den sich Adams integrieren lässt.

 

Realistische Werkstoffdaten sind eine wesentliche Grundvoraussetzung für die Berechnung der Lebensdauer. Nicht geeignete und ungenaue Materialeigenschaften oder mangelhafte Lastspezifikationen führen bei Simulationen oft zu unrealistischen Analyseergebnissen, mit denen die Lebensdauer nicht vorhergesagt werden kann. Mit den richtigen Prüfverfahren lassen sich Werkstoffeigenschaften jedoch genau charakterisieren. MSC Software hat sich mit dem Unternehmen HBM nCode UK Ltd. zusammengeschlossen, um gemeinsam einen umfassenden, schnellen und konkurrenzfähigen Service für die Bereitstellung solcher Daten anbieten zu können. Mit diesem Service können Ingenieure genauere Vorhersagen zur Betriebsfestigkeit ihrer Produkte abgeben, da ihnen realistische Werkstoffdaten zur Verfügung stehen.

Ein anderes Werkzeug für die effektive Berechnung von Materialdaten ist die Software Digimat des MSC Tochterunternehmens e-Xstream. In Verbindung mit den Simulationswerkzeugen von MSC ermöglicht Digimat die Simulation einer Vielzahl von Materialien und Werkstoffen. Im Fokus stehen dabei die genaue Bestimmung von Versagen und Materialbruch, mikromechanische Materialberechnungen sowie nichtlineare, multiskalaren Strukturmodellierung.

 

MSC Software bietet speziell auf die Berechnung von Lebensdauer & Betriebsfestigkeit zugeschnittene Schulungen und Ingenieurdienstleistungen. Die Schulungen werden entweder mit dem Schwerpunkt Software oder Technologie angeboten. Ein exakt auf die Anwenderbedürfnisse zugeschnittener Ausbildungsplan garantiert, dass das Kursangebot jedem Anwender gleichermaßen gerecht wird. Alle Schulungen orientieren sich am individuellen Know-How der Kursteilnehmer und stellen so einen optimalen Schulungserfolg sicher.

Bei Rückfragen über Schulungen und Dienstleistungen oder für individuelle Angebote steht Ihnen das MSC Team unter der Telefonnummer +49 89 431 987-237 oder per Email an mscinst.de@mscsoftware.com zur Verfügung.


MSC Software wird für viele Arten der Lebensdauerberechnung eingesetzt:
  • Spannungsbasierte Langzeitermüdung (S-N)
  • Dehnungsbasierte Kurzzeitermüdung (E-N)
  • Neuber-Methode und weitere Korrekturverfahren für die Umformbarkeit
  • Rissbildung und Wachstum nach Paris
  • Erkennung von Spitzenlastpunkten
  • Deformations- und Schadensanalyse
  • Virtueller Dehnungsmessstreifen für das Verhältnis zwischen Test und Analyse
  • Schadensakkumulation nach Palmgren-Miner
  • Ermüdungsbeständigkeit rotierender Systeme
  • Schwingungsermüdung durch Zufallsbelastung
  • Punkt- und Nahtschweißanalyse
  • Klassischer Ansatz der Ermüdungsbeständigkeitsanalyse durch Schweißstellenklassifizierung
  • Vorhersage von Werkstoffversagen
  • Nichtproportionale, mehrachsige Spannungszustände
  • Vielfache gleichzeitige Belastung und mehrere Ereignisse zulässig
  • Sicherheitsfaktoranalyse
Industrielle Anwendungen:
  • Luft- & Raumfahrt: Flügel, Plattenfelder, Triebwerksschaufeln, Räder, Nietverbindungen, Schweißverbindungen, Stellglieder, Getriebekomponenten, Ventile, Fahrwerk, Gondeln
  • Fahrzeugtechnik: Getriebe, Schweißverbindungen, Chassis, Aufhängevorrichtungen, Nietverbindungen, Bolzen, Räder, Kurbelwellen, Spurstangen, Kolben, Vollkarosserien
  • Medizintechnik: Stents, Prothesen, Zahnimplantate, Hüftimplantate, Knieimplantate
  • Energie: Rohre, Druckbehälter, Bohrausrüstung, Regel- & Sicherheitsventile, Schweißverbindungen, Lüfter, Turbinen, Windkraftanlagen, Offshore-Plattformen, Zahnräder
  • Elektronik: Lötmittel, Anschlussdrähte, Leiterplatten, Stellglieder, Schaltschränke, Schaltgehäuse
  • Konsumgüter: Dichtungen, Lüfter, Steckverbindungen, Kabel, Ventile, Fahrradpedale, Trainingsgeräte
  • Maschinenbau: Zahnräder, Riemen, Ventile, Dichtungen, Rohre, Schläuche
MSC Software Produkte: 

Actran Acoustics

Simulation von Akustik- & Vibrationsverhalten

Digimat

Nichtlineare, multiskalare Material- & Strukturmodellierung

Marc

Erweiterte nichtlineare Simulationen

MSC Fatigue

Berechnung von Lebensdauer & Betriebsfestigkeit

MSC Nastran

Multidisziplinäre FEA-Lösung

Patran

Pre- & Postprozessor für CAE-Modellierung

SimManager

Simulationsdaten- & Prozessmanagement