Fe-safe软件功能介绍

2017-07-05  by:CAE仿真在线  来源:互联网

一、SIMILIA FE-SAFE介绍

Fe-safe是世界上最先进的高级疲劳耐久性分析软件,是基于有限元模型的疲劳寿命分析软件包。由英国 Safe Technology 公司开发和维护。2013年被Dassault Systemes收购,作为达索Simulia品牌下的疲劳耐久性分析软件系统。

Safe Technology是设计和开发耐久性分析软件的技术领导者,在软件开发过程中,进行了大量材料和实际结构件的试验验证。在多轴疲劳耐久性分析产品和服务中,Fe-safe是旗舰性的产品。新版本中,引入了超过100项功能的改进,保持了最高级耐久性分析软件的领军地位,分析速度有了显著的提高,并且添加了很多新特征和一些独特的功能,使功能更强大。用户界面的改进,使得Fe-safe更容易使用。

二、SIMILIA FE-SAFE模块介绍

SIMULIAfe-safe高级疲劳分析软件包包含如下模块:

1.SIMULIAfe-safe(基础疲劳分析包):

工业行业给制造商施加越来越大的压力,要求其使用更少的材料,提供轻量级但更强劲的组件,降低维护成本和召回成本,用更少的时间。

许多公司使用先进的有限元分析计算设计压力,但疲劳分析往往仍然通过电子表格分析方式,人工采集的应力。由于非常容易错过失效位置,这种方式耗时和不可靠的。实验室中针对原型机的结构组件疲劳测试亦非常的耗时。如果原型机过早失效,则一种昂贵的、设计-测试-再设计的开放式循环是必要的。项目时间节点和交付就会延迟。

采用fe-safe作为用户设计过程的集成组件,可以使用户具备:

--优化设计,采用更少的材料;

--减少产品召回和保修成本;

--优化和验证设计和测试项目;

--在单一用户界面,提高相关性测试和分析;

--减少原型样机测试时间;

--缩短分析时间,从而减少人工时间;

--增加用户信心,用户产品设计一次性通过测试时间表。

fe-safe帮助用户解决一下问题:

(1)结构组件的疲劳寿命;

(2)裂纹扩展与否;

(3)材料的优化,哪些材料可以保留,哪些额外的材料需要添加;

(4)设计的可靠性;

(5)哪些载荷引起疲劳损伤;

(6)导致疲劳裂纹的原因是什么?

fe-safe在交通工具、石油管道、车辆工程、能源、重型机械等各工业行业都有相关的应用,相关案例如:

1、某样机后纵臂链接焊点的疲劳分析

2、管道架悬挂组件的疲劳分析

3、柴油机活塞的疲劳裂纹

4、某型增压器扭转隔离器弹簧的疲劳分析

2.SIMULIAFe-safe/Composites(复合材料疲劳分析包)

是用来评估复合材料疲劳分析的软件包。简单的负载状态导致单个复合成分的复杂行为,使得预测复合材料的疲劳寿命具有非常大的挑战性。此外,频率和加载历史影响的处理只能采用基于物理理论方法。SIMULIAFe-safe/Composites通过结合Multicontinuum理论和运动学理论满足这些挑战,在复合材料结构疲劳寿命预测方面有强大的能力。其特点如下:

--能够预测疲劳失效的产生;

--提供复合材料模拟:室温下的碳纤维与玻璃纤维复合材料、高温下的碳纤维复合材料;

--利用 Helius:Material Manager可以描述其他的复合材料特性;

--集成现有结构有限元软件;

--只需最少的材料特性:标准的静态失效强度、最少的疲劳数据;

--基于以下物理本质及理论:复合材料特性同组成材料属性相关联、可用于预测未提供具体属性的复合材料行为、支持多轴载荷加载、考虑了加载频率的影响。

3.SIMULIAfe-safe/Rotate(旋转对称结构疲劳分析包)

利用结构的轴对称性,提高了旋转部件的疲劳分析效率, 可以自动产生一系列不同旋转角度上的应力结果,一次静力计算可以用来定义一个循环的疲劳载荷谱。有限元计算结果文件更小,求解规模降低。该模块支持完整模型、一半模型和奇、偶对称的扇区模型,是计算车轮、齿轮等此类旋转对称结构疲劳问题的理想选择。

--只需一个静态有限元分析就可定义一个旋转周期的疲劳;

--以一个载荷步为基础,fe-safe/Rotate产生一系列的额外应力结果,就像该模型被旋转一样;

--高效分析对称模型问题: 轴对称问题:车轮、齿轮、轴承、轴等;部分轴对称问题:凸轮轮轴、曲轴法兰等

4.SIMULIAfe-safe/ Rubber(橡胶材料疲劳分析包)

是用来评估橡胶材料疲劳分析的高级软件包。功能如下:

--SIMULIAfe-safe/Rubber评估橡胶部件的疲劳寿命。基于有限元分析计算出的机械工作周期和橡胶的材料性质的规范,计算在某个位置产生组件小裂纹所需要的工作周期的重复次数;

--工作周期来自于有限元模型,即一个时域信号指定应变张量的分量。在计算每个单元的疲劳寿命后,从SIMULIAfe-safe/Rubber结果可能显现为彩色轮廓呈现裂缝的地方将启动关键位置;

--SIMULIAfe-safe/Rubber的功能是专门为有限应变开发临界平面算法。该算法准确地说明了裂纹闭合和多轴载荷的影响。它还具有雨流计数程序的功能,识别和积累每个事件在工作周期内的损伤影响。SIMULIAFe-safe/Rubber™提供了一个非线性材料模型的选择,使橡胶组件的行为得到准确地描述,并为一些常用的弹性体类型材料的准备随时可以调用的数据库。

5.SIMULIAfe-safe/TMF (热-结构疲劳分析包)

可以在考虑多重影响的基础上快速精确的进行结构疲劳寿命分析。可以考虑的影响包括应变率和瞬态温度对循环应力-应变响应的影响,瞬态温度对应变-寿命曲线的影响,体积应力放宽和应变老化对疲劳强度的影响等。该模块是计算活塞、排气管和缸盖等此类结构疲劳问题的理想选择。主要客户有 Perkins Engines, Caterpillar and Arvin Meritor 等。

当存在应力和温度波动时,产生热-结构疲劳。

--包含时间相关的热-结构疲劳效应(应变率、相位关系、浸湿以及应力松弛等)

--相比传统方法可以得到更可靠和准确的疲劳结果

--支持主应变以及铸铁算法

--允许高频机械载荷循环叠加在热载荷循环上

6.SIMULIAfe-safe/TURBOlife(蠕变疲劳分析包)

是用来评估蠕变损伤、疲劳损伤和蠕变-疲劳损伤的,是一个功能强大、全面并且易于掌握的蠕变-疲劳分析模块,跟Abaqus软件有直接接口,而且提供了一套完整的材料数据库,用户亦可根据需要添加自己的材料数据。蠕变-疲劳算法已成功的应用于核电站部件、电站锅炉、燃气涡轮叶片、汽轮机部件、汽车零部件以及涡轮增压器叶轮的疲劳分析中。

针对蠕变和蠕变疲劳交互作用,提供独一无二的高级疲劳分析解决方案。

--应用于疲劳损伤和蠕变破坏相互作用导致部件寿命缩短的情况;

--可判断疲劳或者蠕变哪一个才是主导的破坏机制,进而可以关注主要破坏机制并开展重新设计。

7.SIMULIAfe-safeTrueLoad Standalone(测试真实数据疲劳分析包)

SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone是一个利用测试真实应力应变数据来进行疲劳分析的软件包。是和Wolf Star Technologies公司联合开发的,提供了测试实验和有限元结合的独特的疲劳软件解决方案,无缝集成到有限元分析环境,作为一种独特的提供相关的应变有限元分析载荷计算工具。具有以下功能特点:

--SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone通过耦合有限元分析与实验应变,提供独一无二的能力加深对整个加载过程的理解;

--对于执行任何疲劳计算,载荷测量是形成分析误差的最大来源。到现在为止,载荷仍然是要提供的最难测量数据。传统的测量,通常不与有限元分析模型关联,因此在进行设计和开发迭代周期时,浪费时间和金钱;

--SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone将基于有限元分析模型确定最优计量的位置。一旦应变在这些最佳计量的位置被收集到,应变数据被读入到软件计算载荷时间历程,通常所测量的应变匹配到2%误差以内在每个时间点;

--随着SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone询问模型中应变的任何一点,应力或位移是很简单的互动。通常需要几分钟来确定应变计量布置和几分钟到后台计算进行访问。一旦SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone已计算出的载荷分布、比例并且结合疲劳事件的定义。用户只需要疲劳材料分配到的FEA模型中感兴趣的区域;

Abaqus CAE插件使得Abaqus结果和加载数据可以无缝集成至Fe-safe。

8.SIMULIA Verity Module infe-safe(焊接疲劳分析包)

Verity是由Safe Technology和Battelle合作开发的对于网格不敏感的结构应力法(SSM),使用此方法工程师可以预测焊点和焊接结构的破坏位置,计算疲劳寿命。无论是点焊、线焊还是焊球,还是复杂载荷加载或者多轴疲劳问题,Verity都可以快速准确的给出寿命预测结果,同时也可以避免重复大量的试验,降低企业的试验和生产成本。

针对焊点分析问题Verityinfe-safe提供网格和载荷不敏感方法

1.基于由节点力计算得到的等效结构应力;

2.适用于于所有类型的焊接,所有类型的载荷,任意板的厚度;

3.无需用户做任何判断,避免了主观性,增加了可靠性与准确度;

三、SIMILIA FE-SAFE特色功能

--拥有基于应力应变测试信号的疲劳分析技术;

--支持弹性、塑性,单轴、多轴的应力和局部应变全面疲劳算法;

--丰富的材料疲劳数据库;

--支持各种载荷输入文件格式,并对载荷信号进行分析处理;

--概率疲劳计算载荷与材料服从某种概率分布时,在一定设计寿命下结构的生存概率;

--可以构造复杂的疲劳载荷谱;

--生成丰富的疲劳计算结果;

--界面操作易学易用;

--丰富的CAE接口: Abaqus, Ansys, Nastran, I-deas, Hypermesh, Pro/E Mechanical;

--SIMULIAfe-safe/Rubber作为独特的、唯一的针对弹性合成橡胶材料的疲劳分析的市场化的软件,在橡胶疲劳分析方面提供了良好的工具;

--SIMULIAfe-safe独有的Verity高级焊接疲劳分析能力;

--针对蠕变和蠕变疲劳交互作用,fe-safe提供独一无二的高级疲劳分析解决方案;

--fe-safe提供了测试实验和有限元结合的独特的疲劳软件解决方案,无缝集成到有限元分析环境,作为一种独特的提供相关的应变有限元分析载荷计算工具,即SIMULIAfe-safeTrueLoad Standalone测试真实数据疲劳分析包。

四、SIMILIA FE-SAFE 材料数据库管理系统

SIMULIAfe-safe提供了一套全面的材料疲劳特性数据库和数据库管理系统,含有上百种常用的钢、铝等合金材料的疲劳数据,用户可以根据需要扩充和修改该数据库。

用户可以查询数据库中的内容,并可对其进行编辑。同时可以设置数据库的访问与修改权限。

利用内置的Netscape link可以访问实验报告及北京数据;在启动疲劳分析时,可自动访问材料数据库,读入材料数据;用户数据也可通过用户界面直接输入。

SIMULIAfe-safe还可以绘制材料数据的多种类型曲线。在数据库中含有Seeger材料近似算法,允许利用材料的抗拉强度(UTS)和弹性模量生成近似的材料疲劳数据,生成的数据可以指定某一数据集并存取数据库中。

五、SIMILIA FE-SAFE 疲劳分析功能

--SIMULIAfe-safe可定义载荷时间历程,用于一组有限元分析应力结果;

--能有效地处理有限元分析的弹性应力结果和弹塑性应力结果,可组合多个载荷的时间历程。迭加多轴加载的时间历程,从而在,模型每个位置上都产生一个应力张量的时间历程;

--可进行序列工况的疲劳分析,数据集序列可以使一个瞬态分析结果,也可以通过一系列离散事件来生成;

--可对复杂的块数据载荷进行分析,对于每个载荷条件,生成一个载荷的有限元结果数据集的循环快;

--还可对载荷历程和序列载荷进行组合使用;

--定义载荷文件,其中可包含一系列载荷块,每个载荷块又可定义一系列的载荷历程和序列载荷数据组合。而序列载荷数据是随着时间变化载荷而引起的应力数据的变化;

--可利用应力-寿命曲线、应变-寿命曲线、局部应力-应变分析进行单轴和多轴疲劳分析,有多重平均应力修正,也可采用用户定义的平均应力修正;

--定义载荷时间历程是,加载文件中的载荷条件可存储为一下格式的文件,以方便地与其他各个软件进行数据交换。准备单通道和多通道载荷历程,对载荷进行比例缩放,考虑峰/谷值而忽略循环。SIMULIAfe-safe可采用多达4096个通道载荷;

--SIMULIAfe-safe中疲劳分析载信号处理,可采用雨流计数法;

--SIMULIAfe-safe中疲劳测试信号可进行幅值分析和频率分析处理。过滤掉小的载荷循环;

--可根据功率谱密度数据进行振动疲劳分析,不同频率和幅值的信号可进行叠加;

--可考虑残余应力的影响,能使用BS7608标准的应力-寿命数据进行焊接结构分析;

--由于铸铁中石墨的影响,材料拉-压应力应变呈现非对称,SIMULIAfe-safe提供专门手段对铸铁(包括灰口铁)进行疲劳分析;

--可计算微振磨损疲劳寿命;

--可以快速计算高温疲劳;

--可考虑蠕变对疲劳的影响(应力应变与应变率和瞬时温度相关);

--可以考虑机械加工及装配应力对结构寿命的影响;

--可以针对整个模型,也可以针对一组单元进行疲劳分析。可方便地对整个模型或者选择的区域进行再设计和假设分析,从而观察从非关键区域去掉金属材料的效果,以及增加“热点”位置的疲劳寿命;

--可考虑表面光洁度影响、几何变化与缺口敏感性影响以及材料特性变化效应和不同载荷组合历史的影响。不用的材料数据和应力集中系数可以用于每个单元组(允许在同一个部件上有机械加工面和锻造面)

--SIMULIAfe-safe能够疲劳失效率的统计分析;

--可根据指定的设计寿命,计算出各个节点将达到相应设计寿命的安全系数;

--可支持批处理和命令行功能;

--提供了方便的工具绘制材料数据和载荷历程;

--可计算出在指定寿命内,模型上各部分不会破坏的可能性;

--可从模型上一系列的载荷中找出对疲劳寿命影响最大的载荷;

--根据载荷情况和材料数据自动选择最适合的疲劳分析方法。

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