Долговечность и усталость

Анализ долговечности конструкций с целью уменьшения количества претензий по гарантии, повышения безопасности и снижения затрат

Долговечность и усталость

Анализ долговечности конструкций с целью уменьшения количества претензий по гарантии, повышения безопасности и снижения затрат

Horizontal spacer

Одна из наиболее сложных задач процесса проектирования и разработки изделий — прогнозирование усталостных разрушений. Очень трудно повысить безопасность конструкции без понимания того, как она работает в условиях циклического нагружения, без знаний о том, когда и где может произойти отказ или разрушение. Натурный эксперимент может оказаться непомерно дорогим, если проводить испытания для всех возможных сценариев разрушения. Применение методов анализа долговечности на основе конечно-элементных моделей является наиболее приемлемым решением. Подобный анализ не ограничивается расчетами усталостной прочности — его результаты могут включать безопасные рабочие нагрузки, график гарантийных требований, данные о влиянии высоких температур, нагрузок при выполнении производственных процессов и сборочных операций.

MSC Software предлагает инструменты, основанные на методе конечных элементов, для анализа усталости и долговечности, которые позволяют точно прогнозировать срок службы изделия при любом характере и типе нагружения: во временной или частотной областях.



Решения MSC Software используются для многих видов анализа долговечности:
  • Многоцикловая усталость методами номинальных напряжений (S-N) или деформаций (E-N)
  • Малоцикловая усталость методом номинальных деформаций (E-N)
  • Учёт пластических деформаций с помощью методов коррекции Нойбера и других
  • Распространение усталостных трещин
  • Определение критических зон с точки зрения усталостных разрушений
  • Анализ повреждаемости, накопление усталостных повреждений с использованием правила Пальмгрена-Майнера
  • Корреляция результатов эксперимента и расчётного анализа
  • Долговечность вращающихся конструкций
 
  • Вибрационная усталость при случайном нагружении
  • Анализ долговечности сварных соединений: точек и швов
  • Усталостный анализ сварных швов классификационным методом
  • Прогнозирование разрушения материала
  • Долговечность при непропорциональном, многоосном нагружении
  • Анализ с использованием нескольких одновременных или последовательных нагрузок, формирование длинных историй нагружения, комбинирование разных типов нагружения, преобразование нагрузок в исследуемую область: временную или частотную
  • Оценка коэффициентов безопасности, запасов по критериям долговечности
MSC Software используется для анализа долговечности различных конструкций:

Авиационная и космическая промышленность: крыло, панели, лопатки двигателя, колеса, заклепки, соединения, приводы, компоненты трансмиссии, клапаны, шасси, гондолы, системы жидкостной трансмиссии, гидрообъёмные привода.
Автомобилестроение: шестерни, сварные швы, шасси, подвеска, заклепки, болты, колеса, коленчатый вал, шатуны, поршни, колеса, кузов и его компоненты.
Медицина: стенты, протезирование, зубные имплантаты, имплантаты бедра, коленные имплантаты.
Энергетика: трубы, давление, сосуды, буровое оборудование, запорная регулирующая и предохранительная арматура, сварные швы, вентиляторы, турбины, ветряные энергоустановки, морские платформы, редукторы.
Электроника: пайка, проводники, печатные платы, приводы, электронные стойки и корпуса в сборе.
Товары народного потребления: уплотнения, вентиляторы, разъемы, провода, клапаны, велосипедные педали, тренажеры.
Машиностроение: шестерни, цепи, клапаны, уплотнения, трубы и трубки.

 

Совершенно новая концепция расчета усталости на основе компьютерных систем автоматизированного проектирования.

Модуль NEF позволяет проводить анализ усталости как неотъемлемую часть анализа напряжённо деформированного состояния конструкции, а не как задачу пост обработки. Это позволяет улучшить используемую методику расчётного анализа, которая может быть и обременительной, и трудоемкой. NEF кардинальным образом меняет способ выполнения вычислений, поскольку позволяет резко сократить количество различных файлов, с которыми приходится иметь дело (улучшенная постановка задачи), и, как следствие, сокращает общее время выполнения работы.

Благодаря применению Nastran Embedded Fatigue (NEF) отпадает необходимость использовать большие (промежуточные) файлы анализа напряжений. Отпадает надобность в длительной передаче файлов, снижаются требования к объему памяти, что позволяет быстро выполнять анализ долговечности используя ОЗУ и занимая меньше дискового пространства. Таким образом, становится возможным расчет усталости и долговечности больших моделей и изделий в сборе.

 

Модуль NEVF позволяет выполнять анализ усталости в частотной области с помощью методов, которые обычно используются для динамических расчетов конструкций. Эта эффективная с вычислительной точки зрения процедура позволяет на несколько порядков быстрее оценить срок службы с минимальной потерей точности и при этом, в отличие от традиционных методов, использовать лишь небольшую часть системных ресурсов. Методы анализа в частотной области также дают качественные результаты для сложных историй нагружения, которые могут быть даже случайными по своей природе.

Инженеры могут проводить исследования вибрационной усталости при любом условии нагружения:

  • Однократная случайная нагрузка со смещением статических напряжений или без него
  • Случайное воздействие при нескольких нагрузках, включая взаимную корреляцию со смещением статических напряжений или без него
  • Детерминированная нагрузка (одиночные синусоидальные волны и узкополосное возбуждение)
  • Гармоническая нагрузка (несколько одновременно генерируемых синусоидальных волн)
  • Синусоидальные и узкополосные развёртки
  • Рабочие циклы: Все перечисленные выше типы нагружения могут быть использованы в событиях и последовательностях нагружения для создания реалистичных рабочих циклов.
 

CAEfatigue — наиболее совершенный пакет из числа представленных на рынке программ, предназначенных для анализа усталости, условий нагружения и оптимизации конструкции по критериям долговечности. Он предлагает пользователям отличный интерфейс и огромную библиотеку учебных материалов.

Проведение расчётов отклика конструкции на воздействие и анализа усталостной долговечности с использованием графического интерфейса традиционно было «недемократичным» процессом; иными словами, полностью использовать эти технологии было по плечу опытным инженерам-расчётчикам. Применяя CAEfatigue удаётся обеспечить простоту, требуемую для работы инженеров и конструкторов, наряду с функциональностью и наглядностью результатов расчётного анализа, которые имеются во многих используемых сегодня пакетах пост-обработки.

Опытным пользователям предоставляется текстовый интерфейс Control File, с помощью которого можно быстро создавать файл управления входными данными, необходимыми для постановки задачи и проведения анализа. Множество переменных используется либо по умолчанию, либо рассчитывается автоматически, исходя из понимания природы анализируемой системы.

В дополнение, передовой графический интерфейс Process Flow поможет начинающим пользователям быстро получить представление о технологии, не требуя при этом знания структурированного формата интерфейса файла управления. Интерфейс программы прост и интуитивно понятен.

 

В алгоритмах конечно элементной системы Marc имеется полный набор моделей разрушений для различных классов материалов, включая пластичные, хрупкие материалы, композиты, эластомеры и бетоны.

Знание особенностей распространения усталостных трещин, прогнозирование их поведения позволяет инженерам лучше понять механизмы разрушения и использовать соответствующие методы, чтобы избежать катастрофических последствий от трещин в конструкциях.

 

 

Программный пакет Adams позволяет перенести процесс проектирования на основе традиционных ресурсных испытаний в виртуальный мир. Модуль Adams Durability, часть системы Adams, позволяет моделировать режим работы с точки зрения усталости, получать истории нагружения компонентов и управлять испытательным стендом, используя выходные данные в формате RPC III или DAC. Вы можете визуализировать напряжения и обнаруживать критические точки в упругих или жестких компонентах, а также совершенствовать конструкцию компонентов, взаимодействуя с программами прогнозирования усталостной долговечности.

Таким образом, Adams является важным инструментом для создания историй нагружения на основе конечно элементных моделей, которые используются в CAEfatigue или MSC Nastran Embedded Fatigue; оба этих продукта имеют интерфейс взаимодействия с Adams, что открывает возможности комплексного подхода к анализу кинематики, динамики, прочности и долговечности на едином виртуальном прототипе изделия.

 

Точные сведения о характеристиках материалов — важная часть любого расчета усталостной долговечности. Вместе с системой CAEfatigue поставляется библиотека усталостных характеристик материалов. При необходимости, можно создавать свои материалы и библиотеки материалов используя упрощённых подход на основе построения усталостных кривых по механическим свойствам материалов или полноформатная запись усталостных свойств материала на основе данных из эксперимента.

Иногда цифровое моделирование материалов позволяет отказаться от проведения многочисленных экспериментальных исследований. Реализовать подобную концепцию можно при помощи пакета Digimat.

 

MSC Software предоставляет возможность привлекать ведущих мировых специалистов по КЭ анализу и долговечности как для проведения обучения, так и оказания сервисных услуг по анализу усталостных характеристик создаваемых изделий. Обучение усталостному анализу может проводиться с упором на использование специализированного программного обеспечения, например, системы CAEfatigue или сосредоточено на изучении технологии – MSC Nastran или Marc. MSC Software предлагает также индивидуальные быстрореализуемые проекты по подготовке и анализу нагрузочных сценариев Durability Management (NAS399), ориентированные на клиентов, которые используют интерактивный анализ усталостных характеристик и которые хотели бы переключиться на использование встроенных в КЭ решатель алгоритмов.

В меню справки включен многофункциональный пакет Technology Transfer, прямой доступ к которому можно получить непосредственно из графического интерфейса CAEfatigue. Для того, чтобы пользователь смог освоить доступные технологии, имеется свыше ста часов учебных видеоматериалов, от начального уровня до уровня опытного пользователя, а также более сотни примеров решения задач в CAEfatigue по разным направлениям.

Related Products: 

Actran Acoustics

Программный комплекс для анализа акустики

Adams

Динамика многомассовых систем (MBD)

Digimat

Виртуальная лаборатория для моделирования многофазных материалов и композитных конструкций

Marc

Многодисциплинарный нелинейный анализ

MSC Nastran

Прочность, динамика, долговечность, оптимизация

Patran

Complete FEA Modeling Solution

SimManager

Simulation Process and Data Management
E-book: Structural Simulation Gets Real
MSC Nastran the Original and Best

Learn More
Adams Durability Symposium – On-Demand
Learn About Adams Enabled Solutions Available for Virtual Durability Testing

Learn More