CAEfatigue

Решение для оценки долговечности конструкций включающее 4 различных пакета

Horizontal spacer

CAEfatigue — программное обеспечение для анализа случайного отклика и вибрационной усталости конструкций в частотной области, а также для расчета усталостных характеристик изделий во временной области. Система работает с комбинациями из случайных и детерминированных нагрузок или с переменными нагрузками во временной области, позволяя прогнозировать усталостную долговечность и повреждаемость, а также формировать статистику по откликам конструкции. Инструменты CAEfatigue (СF) работают исключительно быстро, они просты в эксплуатации и способны работать с моделями очень большой размерности.

Расчётный комплекс состоит из 4 пакетов, может поставляться в различной конфигурации.

Содержит инструменты, входящие в пакеты TIME и FREQUENCY, а также множество других функций (описание пакетов TIME и FREQUENCY далее по тексту)

Усовершенствованные алгоритмы анализа на случайное воздействие

Для многих систем автомобильной и аэрокосмической промышленности требуется выполнять расчет нагружения, а также исключать возможность столкновения отдельных компонентов в условиях сильной вибрации, вызываемой тряской при эксплуатации. На сегодняшний день разработана эффективная методика расчета в частотной области, позволяющая выполнять оценку долговечности и отклика в рамках одного расчета. Используя данные, полученные в результате расширенного анализа на случайное воздействие, можно определить среднеквадратичные уровни перемещений, скоростей, ускорений и усилий, а также графики спектральной плотности мощности (PSD), как для абсолютных, так и для относительных откликов конструкции. Дополнительно, для учета всех перекрестных откликов вычисляется остаточная сумма квадратов (RSS). Новые функции постобработки позволяют сравнивать относительный отклик любого узла с откликами других ближайших узлов, чтобы проверить вероятность столкновений соседних деталей, проводить анализ дребезга. Максимальная реакция определяется значением среднеквадратичной величины (т.е. 3.0*RMS) отклонения от соответствующего вероятностного уровня, полученного согласно распределению Гаусса или Рэлея, либо с помощью метода, учитывающего количество циклов отклика. Результаты расчетов с помощью алгоритма расчёта отклика на случайное воздействие (Advanced Random Analysis) прекрасно дополняют задачи прогнозирования реакции конструкции в условиях сложного нагружения, которое встречается во многих инженерных задачах в самых разных отраслях промышленности.

Расчет суррогатных нагрузок

При анализе прочности очень важно определение характеристик действующих нагрузок. В идеале, все нагрузки, используемые при анализе или в лабораторных испытаниях, должны как можно точнее соответствовать значениям, которые достигаются при эксплуатации продукта. На практике, наиболее близкий сценарий, который может быть реализован, заключается в измерении нескольких событий и входных нагрузок (с учетом их корреляции) на прототипах транспортных средств, испытываемых на полигонах, и воспроизведении их в лабораторной или аналитической среде. С точки зрения анализа это наиболее выполнимый и широко используемый метод, однако применяя его, остро встаёт проблема ускорения испытаний. При моделировании в лабораторных условиях, особенно при моделировании отдельных деталей или узлов, необходимо упростить нагрузки, обычно вследствие доступности тестового оборудования, сводя их к единственной входной нагрузке, прикладываемой циклически (например, по оси X, затем Y, а затем Z), что создает значительные трудности. В настоящее время используется два общих подхода. Первый предполагает применение к нагрузкам процедуры охватывания, согласно которой несколько нагрузок объединяются в один сглаженный профиль. При классическом применении этой процедуры знание структуры системы не требуется, поэтому она не дает уверенности в том, что полученные нагрузки дадут в результате такие же значения или то же распределение повреждений. Второй подход заключается в использовании концепции спектра усталостных повреждений (FDS), согласно которой создается упрощенная нагрузка, вызывающая аналогичное повреждение гипотетической системы с одной степенью свободы, в которой резонанс вызывается приложенной нагрузкой. Опять же, в таком подходе реальная структура системы или систем не учитывается. Метод суррогатной нагрузки реализует новый подход, который является разновидностью метода FDS, но при этом использующий свойства реальной системы. Инструмент Surrogate Loading позволяет преобразовать сложную многоканальную нагрузку, имеющую во времени несколько событий, в упрощенную «суррогатную нагрузку», которая дает результаты расчетов нагрузок и повреждений, близкие к результатам сложного нагружения с учетом хронологии.

Расчеты сварных швов в частотной и временной областях

Система CAEfatigue, первая в промышленности, предоставляет возможность выполнять полный анализ точечной сварки, стандартных и специальных сварных швов, в частотной области (Frequency Domain) совместно с более традиционными методами, используемыми во временной области (Time Domain). Она позволит выполнять полностью автоматический анализ транспортного средства, в том числе для точечной сварки и сварных швов, с помощью инструмента CF как в частотной области, так и во временной.

Содержит пакет TIME, плюс функции для выполнения случайного (Random) и усталостного (Fatigue) анализа (описание пакета TIME далее по тексту).

Расчётный анализ при моделировании испытаний на вибростенде (Base Shake) плюс усредненные нагрузки (Mean Load) плюс детерминированные нагрузки (Deterministic Loading)

Пакет CAEfatigue разработан для того, чтобы предоставлять пользователю результаты анализа откликов на случайное воздействие и усталости конструкции, подвергающейся нагружению от одного случайного PSD, как с дополнительной нагрузкой, в виде детерминированных нагрузок и средних смещений, так и без неё. Результаты анализа откликов включают средние напряжения, среднеквадратичные напряжения или деформации, средние напряжения плюс среднеквадратичные напряжения или деформации, переходы через ноль, количество пиков нагрузки в секунду и коэффициент неравномерности. Результаты оценки долговечности, включая расчёт повреждаемости, срок службы и коэффициенты запаса при единичном случайном входном воздействии.

Входные нагрузки, для модели практически любого размера и которые необходимы для работы CF, могут поступать как от КЭ систем MSC Software (MSC Nastran, Marc), так и сторонних. Примерами входных воздействий являются одновременно действующие узко- и широкополосные входные воздействия, широкополосные случайные входные воздействия и синусоидальные развёртки, широкополосные случайные и детерминированные воздействия, узко- и широкополосные развёртки, узкополосные воздействия или синусоидальные волны.

Анализ с множеством входных воздействий в виде спектральной плотности для многоканальных нагрузок с множеством событий

CAEfatigue позволяет использовать все входные и выходные функции, упоминаемые в методе моделирования испытаний на вибростенде; кроме того, он имеет возможность выполнять анализ (и перекрёстный анализ) спектральной плотности нескольких случайных входных воздействий, то есть использовать данные, получаемые с испытательного стенда с несколькими событиями и несколькими каналами по каждому событию и среднему смещению. Этот модуль позволяет получать случайный отклик и результаты расчета усталостной долговечности для SN и EN типов анализа, на основе расчета нескольких одновременно действующих коррелированных входных нагрузок, с любым количеством степеней свободы, входных параметров, событий и частот. В сочетании с усовершенствованным алгоритмом анализа отклика на случайное воздействие, система CF является мощным инструментом, позволяющим получать и анализировать результаты расчета перемещений, скоростей, ускорений, нагрузок, напряжений, деформаций и долговечности (повреждаемость/срок службы).

Нормализация и преобразование временных сигналов в спектральную плотность мощности PSD

Для тех, у кого есть только многоканальные хронологические данные с несколькими событиями, система CAEfatigue предлагает отдельный набор инструментов, называемый TIME2PSD. В процедурах нормализации хронологических данных по нагрузкам используется ряд функций, которыми рядовому инженеру или проектировщику трудно пользоваться. Некоторые из этих функций были автоматизированы в CF TIME2PSD. Определение длины окна (размера буфера быстрого преобразования Фурье – FFT), перекрытия окон и удаление нерелевантных частей исходного сигнала могут выполняться автоматически. Набор инструментов позволяет исключить участки хронологии, которые не вносят свой вклад в накапливание повреждений. Нормализация особенно важна для правильного переноса повреждений, связанных с хронологией процесса, в алгоритм анализа спектральной плотности мощности. Набор инструментов также преобразует многоканальные хронологические входные данные в матрицу PSD, которая упорядочивает, маркирует и отслеживает спектры для правильного учета эффектов взаимной корреляции. Также имеется функция, позволяющая включать и отключать условия корреляции для оценки влияния на повреждаемость. Связи с идентификаторами подзадач решателя обрабатываются автоматически, поэтому пользователю не приходится тратить дополнительное время на управление данными.

Содержит анализ отклика на случайное воздействие в частотной области для расчета перемещений, скоростей, ускорений и сил.

Анализ при моделировании испытаний на вибростенде плюс усредненные нагрузки, плюс детерминированные нагрузки

Этот пакет позволяет выполнять только анализ отклика на случайное воздействие. Результаты анализа откликов включают средние напряжения, среднеквадратичные напряжения или деформации, средние напряжения плюс среднеквадратичные напряжения или деформации, переходы через ноль, количество пиков нагрузки в секунду и коэффициент неравномерности.

Входные нагрузки, для модели практически любого размера и которые необходимы для работы CF, могут поступать как от КЭ систем MSC Software (MSC Nastran, Marc), так и сторонних. Примерами входных воздействий являются одновременно действующие узко- и широкополосные входные воздействия, широкополосные случайные входные воздействия и синусоидальные развёртки, широкополосные случайные и детерминированные воздействия, узко- и широкополосные развёртки, узкополосные воздействия или синусоидальные волны.

Анализ с множеством входных воздействий в виде спектральной плотности для многоканальных нагрузок с множеством событий

CAEfatigue позволяет использовать все входные и выходные функции, упоминаемые в методе анализа Base Shake; кроме того, он имеет возможность выполнять анализ (и перекрестный анализ) спектральной плотности нескольких случайных входных воздействий, то есть использовать данные, получаемые с испытательного стенда с несколькими событиями и несколькими каналами по каждому событию и среднему смещению. Этот модуль позволяет получать случайные отклики на основе расчета нескольких одновременно действующих коррелированных входных нагрузок, с любым количеством степеней свободы, входных параметров, событий и частот. В сочетании с усовершенствованным алгоритмом анализа отклика на случайное воздействие система CF является мощным инструментом, позволяющим получать и анализировать результаты расчета перемещений, скоростей, ускорений, нагрузок, напряжений, деформаций и долговечности (повреждаемость/срок службы).

Нормализация и преобразование временных сигналов в спектральную плотность мощности PSD

Для использования в качестве входных сигналов только многоканальные хронологические данные с несколькими событиями, система CAEfatigue предлагает отдельный набор инструментов, называемый TIME2PSD. В процедурах нормализации хронологических данных по нагрузкам используется ряд функций, которыми рядовому инженеру или проектировщику трудно пользоваться. Некоторые из этих функций были автоматизированы в CF TIME2PSD. Определение длины окна (размера буфера быстрого преобразования Фурье – FFT), перекрытия окон и удаление нерелевантных частей исходного сигнала могут выполняться автоматически. Набор инструментов позволяет исключить участки хронологии, которые не вносят свой вклад в накапливание повреждений. Нормализация особенно важна для правильного переноса повреждений, связанных с хронологией процесса, в алгоритм анализа по спектральной плотности мощности. Набор инструментов также преобразует многоканальные хронологические входные данные в матрицу PSD, которая упорядочивает, маркирует и отслеживает сигналы для правильного учета эффектов взаимной корреляции. Также имеется функция, позволяющая включать и отключать условия корреляции для оценки влияния на результаты анализа от случайного воздействия. Связи с идентификаторами подзадач решателя обрабатываются автоматически, поэтому пользователю не приходится тратить дополнительное время на управление данными.

Анализ усталостных характеристик изделий во временной области

CAEfatigue имеет в своем составе набор базовых инструментов анализа долговечности конструкций с использованием подхода линейной статической суперпозиции, подхода с использованием модальных коэффициентов и метода восстановления напряжённого состояния. Пакет TIME существенно улучшает выполнение этих видов анализа за счёт использования самых современных инструментов и программных алгоритмов — решателя для анализа долговечности с превосходной скоростью и точностью. Совместное использование инструментов для расчетов во временной и частотной областях дает пользователям полный набор инструментов анализа, способный удовлетворить любые потребности в производительности и точности.

Планировщик нагрузок

В составе CAEfatigue имеется набор инструментов Load Scheduler, который дает возможность пользователю создавать уникальные профили распределенных во времени нагрузок, начиная с простого детерминированного сигнала и до сложных последовательных многоканальных нагрузок с множеством событий. Существующие данные в форматах RPC, CSV, DAC могут обрабатываться, дополняться и экспортироваться в виде уникальных наборов нагрузочных событий.

Кроме этого CAEfatigue 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. CAEfatigue стремится исправить это.

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

Во-вторых, имеющийся 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.

И наконец, 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 .

Мы стремимся 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.

Дополнительные материалы:
Запись вебинара "Долговечность конструкций и восстановление нагрузок по характеру реакций изделия в CAEfatigue"
Подробнее о CAEfatigue на сайте: www.caefatigue.com