技术|ANSYS nCode DesignLife疲劳分析技术介绍

2016-10-25 by:CAE仿真在线来源:互联网

当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后,虽然应力值始终没有超过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低,但是仍然可能发生破坏。这种在交变载荷作用下材料或结构的破坏现象,就叫做疲劳破坏。

疲劳破坏具有以下特征。

第一,交变载荷峰值引起的应力在远低于材料强度极限的情况下,就可能发生破坏。
第二,破坏具有局部性质,在宏观上均无明显的塑性变形区域。
第三,破坏之前要经历一个疲劳损伤的累积过程。
第四,由于载荷及环境、材料及结构和加工工艺等因素的影响,疲劳寿命具有极大的分散性。

在日益严酷的市场竞争中,产品的寿命和可靠性成为人们越来越关注的焦点。由于结构疲劳,每年有大量产品在其有效寿命内报废,由于疲劳破坏而造成的恶性事故也时有出现。

据统计,每年早期断裂造成的损失达1190亿美元,其中95%是由于疲劳引起的断裂,如果应用疲劳耐久性技术,其中的半数是可以避免的。因此许多企业将疲劳耐久性定为产品质量控制的重要指标。

不合格的耐久性设计可能引起产品的质量问题,由此导致产品召回、维修费用高、法律责任,并损坏品牌和企业声誉。因此,使用更好的设计手段以提高产品耐久性越来越重要。过于保守的设计会造成生产制造成本高,缺乏竞争力。非保守的设计可能在意外条件下,甚至正常情况下导致产品不能使用。因此达到产品性能与成本的平衡才是产品设计成功的关键。

在传统的设计过程中,机械产品的疲劳寿命通常是通过疲劳试验得到,这种疲劳实验具有很多局限性。

第一,由于疲劳实验分散性很大,所以需要对很多实体原型机进行实验。
第二,很难或者根本不可能达到与实际一致的实验条件。
第三,实验速度慢,周期长,耗资巨大。
第四,无法及时对设计变动做出反应。
第五,由于疲劳寿命的影响因素有很多,通过实验无法确定疲劳寿命对各个参数的敏感性。

因此疲劳寿命的仿真分析,越来越受到产品设计人员的关注。结合有限元计算结果进行疲劳分析,可在物理样机制造前进行疲劳分析和优化设计,真实预测产品的寿命,实现等寿命设计。设计阶段的耐久性分析可以显著缩短产品推向市场的时间、提高产品可靠性,极大地降低制造物理样机和进行耐久性试验所带来的巨额研发费用。

ANSYS nCodeDesignLife是一款行业领先的疲劳耐久性仿真软件。它可以在ANSYS Workbench平台上完成整个疲劳分析过程,操作界面友好。能够读取ANSYS、LS Dyna、Abaqus、Nastran等软件的有限元计算结果,同时可以直接在Workbench中定义疲劳分析所需的材料属性,并将数据自动传递到ANSYS nCode DesignLife模块进行疲劳寿命计算和优化。

ANSYS nCodeDesignLife提供了完整的疲劳分析流程,基于有限元结果进行疲劳寿命分析,可以模拟所有类型的疲劳破坏,包括应力疲劳分析、应变疲劳分析、焊接疲劳分析、振动疲劳分析、热-机械疲劳分析和加速试验分析。