基于有限元分析的振动疲劳实例

Fe-safe是英国安全技术公司（SAFE TECHNOLOGY LIMITED）与Dassault Systemes SIMULIA紧密合作超过15年的历史，期间开发出极具创新的、先进的技术产品，并拥有令人羡慕的全球用户群。英国安全技术公司（SAFE TECHNOLOGY LIMITED）与Dassault Systemes SIMULIA紧密合作超过15年的历史，期间开发出极具创新的、先进的技术产品，并拥有令人羡慕的全球用户群。

SIMULIA/FE-SAFE一直是多轴疲劳分析解决方案的领导者，算法先进，功能全面细致，是世界公认精度最高的疲劳分析软件。
在产品设计阶段使用SIMULIA FE-SAFE，可在物理样机制造之间进行疲劳分析和优化设计，真实的预测产品的寿命，实现等寿命周期设计。设计阶段的耐久向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。SIMULIA/FE-SAFE耐久性分析技术客观反应于空间站、飞机发动机到汽车、火车；从空调、洗衣机等家电产品到电子通讯系统；从舰船到石化设备；从内燃机、核能、电站设备到通用机械等各个领域。

基于有限元分析的疲劳技术，实现了产品设计→CAE仿真→疲劳设计→重设计的现代设计研发流程，使疲劳设计更加高效快速和经济实用。

SIMULIA/FE-SAFE具有完整的材料库、灵活多变的载荷谱定义方法、实用的疲劳信号采集与分析处理功能以及丰富先进的疲劳算法，完整的输出疲劳结果。此外，针对不同的工况和行业，还有丰富的产品和功能模块，包括通用疲劳耐久性分析模块Fe-safe™、复合材料疲劳分析模块Fe-safe/Composite™、旋转对称机械疲劳分析模块Fe-safe/Rotate™、橡胶材料疲劳分析模块Fe-safe/Rubber™、热-机械疲劳分析模块Fe-safe/TMF™、原位加载实测分析模块Fe-safe/Ture-Load™、疲劳与蠕变疲劳交互分析模块Fe-safe/TURBOlife™、疲劳分析和信号处理模块Safe4fatigue、焊接接头疲劳分析模块Verity in Fe-safe。

针对工程上存在很多的振动疲劳问题，可以在通用模块Fe-safeTM得到很好的解决。下面详细介绍振动疲劳解决方案，图1为本次介绍所用例子。



因为Fe-safe是基于有限元的疲劳分析软件，所以振动疲劳也是基于有限元的。必须先在有限元分析软件中运行频率分析或者模态分析，目的是为了得到零件的固有频率，然后设置输出模态应力，得到如图2（导入Fe-safe后）所示的模态应力。然后运行稳态或者瞬态的动力学分析，输出得到相应的如图3（导入Fe-safe后）模态参与因子和时间历程变化曲线。





得到以上参数以后，就可以进行振动疲劳分析了。把有限元结果导入到Fe-safe后，可以在Current FE Models窗口查看这些模态应力数据，如图4所示。



而如果用户使用的是ABAQUS做的有限元分析，Fe-safe会在Loaded Data Files窗口自动把模态参与因子曲线和时间历程曲线导入。而且还会在Fatigue from FEA窗口自动把Loading Settings中所有的加载块定义好，也就是自动把应力和模态因子曲线进行相乘得到弹性应力时间历程，如图5所示。如果用其它有限元软件进行有限元计算，再导入到Fe-safe中在这两个窗口没有自动导入这些数据，用户也可以手动指定好。



如果需要改变循环的时间的单位，从循环次数变为Hours或者其它的，可以双击Loading is equivalent to 1 Repeats修改，如图6所示。



然后，在Fatigue from FEA窗口的Analysis Settings选项卡中对疲劳其它参数，包括材料，残余应力等进行设置，设置好后的效果如图7所示。



最后，运行分析，得到疲劳结果，如图8所示。



从上面可以看出，在Fe-safe进行振动疲劳分析，是非常方便和高效的。而且精度也很高，包括沃尔沃等在内的国内外大型汽车集团都有在使用它对包括卡车驾驶室等进行振动疲劳分析，对生产的指导和对成本的控制的贡献是非常大的。