技術|ANSYS nCode DesignLife疲勞分析技術介紹

2016-10-25 by:CAE仿真在線來源:互聯網

當材料或結構受到多次重復變化的載荷作用后,雖然應力值始終沒有超過材料的強度極限,甚至比彈性極限還低,但是仍然可能發生破壞。這種在交變載荷作用下材料或結構的破壞現象,就叫做疲勞破壞。

疲勞破壞具有以下特征。

第一,交變載荷峰值引起的應力在遠低于材料強度極限的情況下,就可能發生破壞。
第二,破壞具有局部性質,在宏觀上均無明顯的塑性變形區域。
第三,破壞之前要經歷一個疲勞損傷的累積過程。
第四,由于載荷及環境、材料及結構和加工工藝等因素的影響,疲勞壽命具有極大的分散性。

在日益嚴酷的市場競爭中,產品的壽命和可靠性成為人們越來越關注的焦點。由于結構疲勞,每年有大量產品在其有效壽命內報廢,由于疲勞破壞而造成的惡性事故也時有出現。

據統計,每年早期斷裂造成的損失達1190億美元,其中95%是由于疲勞引起的斷裂,如果應用疲勞耐久性技術,其中的半數是可以避免的。因此許多企業將疲勞耐久性定為產品質量控制的重要指標。

不合格的耐久性設計可能引起產品的質量問題,由此導致產品召回、維修費用高、法律責任,并損壞品牌和企業聲譽。因此,使用更好的設計手段以提高產品耐久性越來越重要。過于保守的設計會造成生產制造成本高,缺乏競爭力。非保守的設計可能在意外條件下,甚至正常情況下導致產品不能使用。因此達到產品性能與成本的平衡才是產品設計成功的關鍵。

在傳統的設計過程中,機械產品的疲勞壽命通常是通過疲勞試驗得到,這種疲勞實驗具有很多局限性。

第一,由于疲勞實驗分散性很大,所以需要對很多實體原型機進行實驗。
第二,很難或者根本不可能達到與實際一致的實驗條件。
第三,實驗速度慢,周期長,耗資巨大。
第四,無法及時對設計變動做出反應。
第五,由于疲勞壽命的影響因素有很多,通過實驗無法確定疲勞壽命對各個參數的敏感性。

因此疲勞壽命的仿真分析,越來越受到產品設計人員的關注。結合有限元計算結果進行疲勞分析,可在物理樣機制造前進行疲勞分析和優化設計,真實預測產品的壽命,實現等壽命設計。設計階段的耐久性分析可以顯著縮短產品推向市場的時間、提高產品可靠性,極大地降低制造物理樣機和進行耐久性試驗所帶來的巨額研發費用。

ANSYS nCodeDesignLife是一款行業領先的疲勞耐久性仿真軟件。它可以在ANSYS Workbench平臺上完成整個疲勞分析過程,操作界面友好。能夠讀取ANSYS、LS Dyna、Abaqus、Nastran等軟件的有限元計算結果,同時可以直接在Workbench中定義疲勞分析所需的材料屬性,并將數據自動傳遞到ANSYS nCode DesignLife模塊進行疲勞壽命計算和優化。

ANSYS nCodeDesignLife提供了完整的疲勞分析流程,基于有限元結果進行疲勞壽命分析,可以模擬所有類型的疲勞破壞,包括應力疲勞分析、應變疲勞分析、焊接疲勞分析、振動疲勞分析、熱-機械疲勞分析和加速試驗分析。