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Simcenter 3D助力全方位高精度耐久性開發(fā)

2020-03-28 15:01:32·  來源：Simcenter 3D Online  作者：李建輝  
　
1.概述由于工程上很多構(gòu)件在使用過程中處于動(dòng)態(tài)承載狀態(tài)。構(gòu)件在足夠大的高周交變載荷的作用下，可能發(fā)生疲勞破壞，但在這種破壞之前，構(gòu)件往往沒有變形征兆，而
1.      概述
由于工程上很多構(gòu)件在使用過程中處于動(dòng)態(tài)承載狀態(tài)。構(gòu)件在足夠大的高周交變載荷的作用下，可能發(fā)生疲勞破壞，但在這種破壞之前，構(gòu)件往往沒有變形征兆，而是直接形成疲勞初始裂紋。破壞模式具有潛伏性和突發(fā)性，因此需要更多的試驗(yàn)進(jìn)行評估產(chǎn)品耐久性。伴隨著全球工業(yè)化產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程的加快，許多先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到新產(chǎn)品研究開發(fā)過程當(dāng)中，CAE技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)的廣泛應(yīng)用，大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時(shí)也降低產(chǎn)品開發(fā)成本，加快新產(chǎn)品投放市場的進(jìn)程，進(jìn)而提高產(chǎn)品競爭力和市場占有率。

更短的開發(fā)周期和不斷增長的質(zhì)量需求將基于測試的耐久性方法擴(kuò)展到了極限。其中通過仿真方法對耐久性性能進(jìn)行評估和改進(jìn)是一種相對高效的選擇。西門子工業(yè)軟件公司的Simcenter 3D耐久性模塊提供最先進(jìn)的分析方法，并交互式的進(jìn)行疲勞耐久性分析。消除設(shè)計(jì)過度和設(shè)計(jì)不足的部件，保證可靠性的前提下盡量減少質(zhì)量。同時(shí)通過分析關(guān)鍵區(qū)域的載荷傳遞路徑，可以改善載荷流以提升可靠性，要比僅在關(guān)鍵區(qū)域周圍加固要好得多。

2.      工業(yè)應(yīng)用

同大多數(shù)仿真一樣，Simcenter 3D耐久性模塊可以并已經(jīng)應(yīng)用到很多工業(yè)領(lǐng)域。

2.1.    航空航天和國防

Simcenter 3D 耐久性模塊用于預(yù)測起落架、控制機(jī)構(gòu)、滑軌和其它關(guān)鍵部件的疲勞壽命，以解決在原型制造之前的耐久性問題。組合所有可能的局部載荷條件來識(shí)別局部應(yīng)力集中，廣泛的方法可以定位薄弱點(diǎn)和評估疲勞壽命

2.2.    汽車和運(yùn)輸行業(yè)

Simcenter 3D用于對車架、鈑金、斷面結(jié)構(gòu)、車門及門鎖系統(tǒng)，天窗系統(tǒng)和底盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞壽命評估。Simcenter 3D耐久性模塊可以對特定的焊縫和焊點(diǎn)進(jìn)行高精度分析。先進(jìn)的數(shù)值方法還可以應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力系統(tǒng)部件、齒輪箱和排氣管道等。
              
 
2.3.    工程機(jī)械

在工業(yè)應(yīng)用中，成本效率實(shí)現(xiàn)往往取決于關(guān)鍵部件，這些部件通常承受大的動(dòng)態(tài)多軸載荷。在動(dòng)態(tài)循環(huán)載荷下任何金屬構(gòu)件都可以得到有效的優(yōu)化，如Simcenter 3D耐久性模塊可以用于評估大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

2.4.    船舶

Simcenter 3D耐久性模塊允許對船舶中焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性分析。復(fù)合材料疲勞分析功能為高端復(fù)合材料游艇提供先進(jìn)的分析手段。

Simcenter 3D助力全方位高精度耐久性開發(fā)
 
3.      Simcenter 3D 耐久性解決方案

Simcenter 3D耐久性解決方案是一個(gè)更大的、集成的多學(xué)科仿真環(huán)境的一部分，Simcenter 3D工程桌面是所有Simcente 3D解決方案前后處理的統(tǒng)一核心。這個(gè)集成的環(huán)境幫助您實(shí)現(xiàn)更快的CAE過程和流暢的多學(xué)科仿真。廣泛的多學(xué)科仿真解決方案可以和耐久性分析進(jìn)行充分集成，如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析提供應(yīng)力應(yīng)變，運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析提供載荷預(yù)測，復(fù)合材料非線性行為預(yù)測提供剛度和應(yīng)力更新等

 
基于Simcenter 3D耐久性分析平臺(tái)，可以幫助工程師預(yù)測疲勞熱點(diǎn)和相關(guān)部件及子系統(tǒng)的疲勞壽命。它將動(dòng)態(tài)部件載荷、結(jié)構(gòu)有限元模型和材料特性曲線相結(jié)合，對部件疲勞耐久性進(jìn)行全方位的評價(jià)和預(yù)測，并包含高周疲勞、低周疲勞、焊點(diǎn)和焊縫疲勞、多軸疲勞、振動(dòng)疲勞等完整方法和分析類型。Simcenter 3D的耐久性后處理模塊幫助工程師獲得危險(xiǎn)區(qū)域的反饋，了解疲勞問題的根源，從而快速評價(jià)多個(gè)設(shè)計(jì)方案。

Simcenter 3D 軟件提供一套獨(dú)特的工具，支持產(chǎn)品開發(fā)的所有階段進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)。這包括面向設(shè)計(jì)工程師的易于使用的強(qiáng)度和疲勞向?qū)Чぞ?，以及面向仿真分析工程師和專家的高?jí)仿真工具，可以基于復(fù)雜載荷場景獲得疲勞信息，還可包括焊接、新材料和制造過程的影響。

3.1.    Simcenter 3D 耐久性向?qū)K

 
Simcenter 3D耐久性仿真向?qū)е荚谳o助設(shè)計(jì)工程師快速評估機(jī)械部件在循環(huán)加載下的疲勞壽命。此解決方案是在用戶使用有限元求解器計(jì)算出靜態(tài)加載的應(yīng)力狀態(tài)后執(zhí)行的（軟件同時(shí)提供應(yīng)力分析向?qū)В?/div>

3.2.    Simcenter 3D 高級(jí)耐久性模塊
 
Simcenter 3D 高級(jí)耐久性模塊可以幫助驗(yàn)證承受簡單或復(fù)雜載荷的產(chǎn)品在其生命周期中的結(jié)構(gòu)完整性?；赟imcenter Nastran、 Simcenter 3D response dynamic、MSC Nastran、 ANSYS和Abaqus等應(yīng)力分析結(jié)果，仿真分析師可以進(jìn)行深入的疲勞分析和壽命計(jì)算，以幫助他們確定產(chǎn)品的耐久性。用戶可以選擇多種壽命準(zhǔn)則，可以考慮平均應(yīng)力效應(yīng)、缺口效應(yīng)、硬化效應(yīng)和雙軸效應(yīng)等。最終獲得疲勞和強(qiáng)度安全系數(shù)、疲勞壽命和損傷結(jié)果。

3.3.    Simcenter 3D 專家級(jí)耐久性模塊

 
Simcenter 3D專家級(jí)耐久性模塊提供了更為豐富和直觀的工具集進(jìn)行建模、分析和后處理。它支持基于多種有限元和載荷歷程建立復(fù)雜的耐久性場景，提供更多的參數(shù)配置。也可以按照用戶的流程標(biāo)準(zhǔn)配置企業(yè)級(jí)和用戶級(jí)分析模板。

Simcenter 3D專家級(jí)耐久性模塊提供了很好的振動(dòng)疲勞分析功能，支持隨機(jī)振動(dòng)和諧波振動(dòng)疲勞。獨(dú)特的振動(dòng)分析及隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析功能輕松應(yīng)用于多軸、多工況和大結(jié)構(gòu)的模型。

Simcenter 3D專家級(jí)耐久性模塊允許設(shè)置和進(jìn)行特殊焊點(diǎn)和焊縫的分析，焊接可以來自Simcenter 3D建模的連接，xMCF格式中定義，或在現(xiàn)有網(wǎng)格中自動(dòng)檢測。焊接分析和常規(guī)分析可以在同一個(gè)分析中進(jìn)行。軟件支持多種精度的焊接分析方法和開放的焊接模型庫。
 
Simcenter 3D專家級(jí)耐久性模塊為短纖維和連續(xù)性纖維復(fù)合材料提供一種獨(dú)特的方法。在復(fù)雜載荷作用下的疲勞壽命綜合考慮了剛度衰減和應(yīng)力重分布。新技術(shù)開發(fā)也減少了基礎(chǔ)參數(shù)測試的工作量。
 
 Simcenter 3D助力全方位高精度耐久性開發(fā)1
 
Simcenter 3D Motion（多體動(dòng)力學(xué)）求解器進(jìn)行的載荷預(yù)測和疲勞求解器的效率和精度結(jié)合，可以在多體分析中使用柔性體來改善應(yīng)力預(yù)測，并無縫地用于耐久性分析。多種疲勞評估方法和智能的后處理有助于直接在系統(tǒng)級(jí)上改善疲勞性能。

  
Simcenter 3D專家級(jí)求解器可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，也可以在批處理模式下獨(dú)立運(yùn)行。它提供了所有標(biāo)準(zhǔn)的耐久性方法，且對用戶定義的疲勞方法具有獨(dú)特的開放性，因此很容易對任何疲勞方法進(jìn)行擴(kuò)展。

4.      總結(jié)

Simcenter 3D可以幫助用戶探索多種設(shè)計(jì)選項(xiàng)，優(yōu)化強(qiáng)度和疲勞性能，基于真實(shí)載荷快速準(zhǔn)確地進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測，針對各種工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵部件獲得深刻的耐久性見解和快速的反饋。Simcenter 3D可準(zhǔn)確模擬復(fù)雜焊接接頭的耐久性能，通過載荷傳遞路徑方法預(yù)測組件載荷并優(yōu)化系統(tǒng)級(jí)疲勞性能，在精確的疲勞分析方法中考慮新材料和制造工藝影響。
 
 
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