主要功能疲劳寿命预测与试验—CAE相关性

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Predict structural durability from major FEA results

探索 DesignLife 的全部功能和产品选项

通过选择一系列旨在帮助您优化CAE耐久性流程的模块，您可以根据需求定制DesignLife并提前进行设计。通过基于令牌的许可模式，灵活获取产品选项，并仅在需要时使用。

耐久性预测与疲劳分析
高循环疲劳的应力-寿命 (SN)
低周疲劳的应变寿命（EN）
在频域中预测疲劳
计算基于应力的安全系数

点焊的疲劳分析
接缝焊缝的疲劳分析
提高厚焊缝分析的准确性
预测耐久极限
高温疲劳与蠕变

各向异性材料的应力-寿命疲劳
计算组合静力破坏准则
根据测得的应变计算载荷
粘接接头的耐久性计算
在高性能计算（HPC）和集群计算机上进行求解
处理线程选项

耐久性预测与疲劳分析

虚拟应变片和虚拟传感器

实现试验结果与有限元结果之间的关联。作为后处理步骤，可将应变片（单片或应变花）或位移传感器在有限元模型上进行图形化定位和定向。可以提取由施加载荷引起的时程曲线，以便与您测得的应变或位移数据进行直接对比。

裂纹扩展

利用行业标准方法，针对有限元模型中的指定位置提供完整的断裂力学分析功能。内置的生长模型包括NASGRO、Forman、Paris、Walker等。从预设的几何形状库中选择，或提供自定义应力强度因子。

信号处理

随附 nCode Fundamentals，用于基本的数据处理、分析和可视化。可以通过选择并构建多个工单来定义工作周期。此功能可轻松创建包含重复段的复合占空比。

物料经理

支持添加、编辑和绘制材料数据。其中包含了一个标准数据库，收录了多种常用材料的疲劳性能。

nCode DesignLife screenshot - advanced methods for predicting structural durability from major finite element analysis (FEA) result files

自定义分析

支持使用 Python 或 MATLAB 脚本来扩展现有的分析功能——非常适合专有方法或研究项目。

FE-Display

支持以图形方式显示包含应力结果等值线的有限元模型。通过基于有限元分析结果或动画文件的位移动画，可以展示结构在载荷作用下的变形情况。

振动管理器

支持输入、编辑和查看振动规格数据。随附了一个包含超过100条振动记录的标准数据库。

处理线程

可让您更快地将原始数据转化为最终结果。DesignLife 可在配备多处理器的机器上进行并行处理，每份“处理线程”许可证均可启用另一个核心。

高循环疲劳的应力-寿命 (SN)

应力-寿命（SN）法的主要应用领域是高周疲劳（长寿命）情况，在此类情况下，名义应力决定了疲劳寿命。包括能够针对平均应力或温度等因素对多个材料数据曲线进行插值。此外，还提供了其他选项以考虑应力梯度和表面粗糙度。还可以使用 Python 脚本定义自定义疲劳方法和材料模型。

材料模型：
- 标准 SN
- SN 均值多曲线
- SN R比多曲线
- SN Haigh 多曲线
- SN 温度多曲线
- Bastenaire SN
- 使用 Python 脚本生成自定义序列号

应力组合法或临界面分析

倒推目标寿命

多轴评估：
- 双轴
- 3D 多轴
- 自动更正

平均应力修正：
- FKM 指南
- Goodman
- Gerber
- Walker
- 对多条曲线进行插值

缺口修正：
- 应力梯度修正
- 临界距离

低周期疲劳的应变寿命（EN）

应变寿命法适用于广泛的问题，包括由局部弹塑性应变决定疲劳寿命的低周期疲劳问题。EN标准方法采用Coffin-Manson-Basquin公式，该公式定义了应变幅值εª与失效循环次数N^f之间的关系。材料模型也可以通过通用查找曲线来定义。这使得能够针对平均应力或温度等因素，对多条材料数据曲线进行插值。

材料模型：
- EN标准
- EN 均值多曲线
- EN R比多曲线
- EN 温度多曲线
- 灰铸铁

应变组合法或临界面分析

应力-应变跟踪，实现精确的循环定位

倒推目标寿命

多轴损伤模型：
- Wang Brown
- 均值 Wang Brown
- Brown-Miller
- 均值 Brown-Miller

平均应力修正：

Walker
Morrow
Smith Watson Topper
对多曲线进行插值

塑性修正：

Neuber
Hoffman-Seeger
Seeger-Heuler

多轴评估：
- 双轴
- 3D 多轴
- 自动更正

预测耐久极限

Dang Van 是一种多轴疲劳极限准则，也是在复杂载荷条件下预测耐久极限的一种方法。分析结果以安全系数的形式呈现，而非疲劳寿命。

使用根据拉伸和扭转试验计算得出的特定材料参数。
可以通过采用卸载部件的等效塑性应变来考虑制造效应。
可考虑薄板材料的切边效应
包含新的优化点焊方法。

计算基于应力的安全系数

“安全系数”功能可用于计算基于应力的安全系数。该方法被广泛用作曲轴、凸轮轴和活塞等发动机及动力总成部件的关键设计依据。

对于这种基于应变的计算方法，输入参数为线性应力或应变。
用于评估耐久性的材料输入包括标准平均应力修正值或用户指定的Haigh 图。
通过单次分析过程，对完整的有限元模型中的应力进行分析。

薄板点焊头的疲劳分析

“点焊”选项可用于对薄板中的点焊进行疲劳分析。该方法基于LBF法（参见SAE论文950711），非常适合应用于车辆结构领域。

点焊的建模方法如下：
- 刚性梁单元（例如 NASTRAN CBAR），这在许多主流的有限元预处理器中均有支持
- 支持采用实体元表示法的CWELD和ACM公式
利用截面力和弯矩来计算焊缝边缘附近的结构应力
寿命计算是基于点焊处在多个角度增量下的情况进行的，所报告的总寿命包括最坏情况
Python 脚本支持对其他连接方法（如铆钉或螺栓）进行建模

接缝焊缝的疲劳分析

DesignLife 通过在有限元模型中智能识别焊缝线，简化了焊缝疲劳分析的设置流程。“缝焊”选项支持对缝焊接头（包括角焊缝、搭接焊缝和激光焊缝）进行疲劳分析。该方法基于沃尔沃开发的方法（参见SAE论文982311），并在多年的车辆底盘和车身开发项目中得到了验证。

使用来自有限元模型（壳体或实体单元）的应力，或来自焊缝处网格点力的应力，或焊缝处的位移
提供了适用于弯曲和拉伸工况的接缝焊缝的一般材料数据
适用于焊缝根部、焊缝根部和焊缝喉部失效
厚焊缝可采用《ASME锅炉及压力容器规范》第VIII卷（第2分册）中所述的应力积分法进行评估
一种从实体有限元模型中自动识别焊缝位置的方法
可对板材厚度和平均应力效应进行修正。
焊缝根部的结构应力，即热点应力，可通过外推焊缝附近点的表面应力来估算
符合 BS7608 焊接标准，并附有所需的材料曲线

提高厚焊缝分析的准确性

“WholeLife”选项所采用的方法提高了对厚焊缝分析的准确性。该方法采用一种综合方法，对部件整个使用寿命期间的疲劳过程进行建模——从最初阶段直至最终断裂——从而能够更准确地确定焊缝的使用寿命，特别是对于复杂几何形状的情况。WholeLife 采用与接缝焊缝相同的结构应力分析方法，用于确定焊缝处的结构弯曲应力和膜应力。
WholeLife 采用几何形状的贯穿厚度应力分布，并可纳入已知残余应力分布的影响。尽管这主要是一项基于CAE的分析，但该方法也可应用于实测应力数据。

基于频率的疲劳分析

“振动疲劳”选项能够实现频域疲劳分析，对于涉及随机载荷（如风载和波浪载荷）或结构受旋转机械激励的应用而言，该方法比时域分析更贴近实际且更高效。

模拟由随机功率谱密度（PSD）、扫频正弦波、正弦驻波或正弦叠加随机载荷驱动的振动试验。
对有限元模型进行求解，以获得频率响应或进行模态分析。振动载荷在DesignLife中进行了定义，其中可包含多种温度工况和静态偏移载荷工况的影响。
完整的工况循环可以结合不同的振动载荷类型，并结合时域载荷，以形成更复杂的载荷工况。
可以施加多个同时作用的频域功率谱密度（PSD）载荷（包括互谱），以模拟实际工况下的载荷。
频域输入可从时间序列数据中快速直接地生成。
振动疲劳分析可应用于应力寿命、应变寿命、缝焊、点焊及短纤维复合材料等分析方法，提供目前市面上最全面的频域疲劳仿真能力。

nCode VibeSys screenshot - identify modes of vibration and extract modal parameters - frequency response analysis

资源

阅读文章你应该了解的三个虚拟振动疲劳工况
应用汽车电气化——识别各类电池结构、材料、焊缝及连接技术中的关键疲劳失效点
视频 nCode DesignLife 频域疲劳分析简介
视频如何为电池组设计优化后的振动试验
视频 nCode DesignLife 中理解振动疲劳的技巧与窍门

高温疲劳与蠕变

“热机械疲劳（TMF）”选项利用有限元模拟得到的应力和温度结果，提供了用于高温疲劳和蠕变分析的求解器。变化速率与温度变化速率不同的机械载荷也可以进行组合。应用领域包括同时承受机械载荷和热载荷的部件，例如汽车排气系统和排气歧管。

高温疲劳试验方法：

Chaboche
ChabocheTransient

蠕变分析方法：

Larson-Miller
Chaboche 蠕变

各向异性材料的应力-寿命疲劳

“短纤维复合材料”选项针对玻璃纤维增强热塑性塑料等各向异性材料，采用应力-寿命疲劳计算方法。DesignLife 会从有限元分析结果中读取各层以及贯穿厚度各截面积分点的应力张量。通过将制造仿真映射到有限元模型，可获得描述每个计算点“纤维分布”的材料取向张量。该取向张量可从有限元计算结果文件中读取，也可通过ASCII文件提供。

短纤维复合材料模块的特点：

使用任何时域方法（静态或模态叠加、工作循环等）模拟复杂的载荷工况
模拟由随机（PSD）、扫频正弦、正弦驻波或正弦叠加随机载荷驱动的振动试验
预测每层及积分点的损伤值和生命值
纳入制造仿真结果，包括纤维取向张量或残余应力
基于微观结构（取向张量）和应力状态建立局部疲劳特性模型
基于主应力或临界平面计算疲劳——包括由FE-Digimat计算的应力以及多轴应力状态
疲劳特性模型的选择——SN曲线插值或与Digimat的接口
采用均质化基体或纤维应力，以及典型的复合材料应力

计算组合静力破坏准则

“复合材料分析”选项允许用户根据行业标准的复合材料失效准则对结构的强度进行评估。与其将评估局限于少数几个载荷工况或工况步骤，不如在实际工作循环（准静态或动态）中，采用选定的失效准则来评估应力。这使得关键位置、荷载组合及相关的设计安全系数能够被轻松识别。此外，还可以将选定的位置荷载路径与材料破坏包络线进行直观对比。

以下方法可以单独使用，也可以结合使用，以获得最保守的结果：

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最大应力
最大应变
Norris
Norris-McKinnon
Hoffman

Tsai-Hill
Tsai-Wu
Franklin-Marin
Hashin

Hashin-Rotem
Hashin-Sun
Christensen
修改后的NU
通过 Python 定义自定义方法

Correlation between virtual strain gauge results and measured strain data

根据测得的应变计算载荷

“应变片定位”选项可计算出最佳的应变片布置位置及所需数量，以便后续重建所施加的载荷历史。

“载荷重建”图标利用单元载荷产生的虚拟应变，结合与虚拟应变片对应的应变片所测得的应变历史，从而重建导致这些测量应变的力历史。

粘接接头的耐久性计算

nCode DesignLife 采用基于断裂力学的方法，用于评估结构中哪些接头承受的载荷最为关键。“粘接连接”选项可用于计算金属结构中粘接接头的耐久性。

粘接接头采用梁单元进行建模，并利用网格点力来确定粘接翼缘边缘处的线内力和弯矩。
在粘接接头边缘对应变能释放速率进行近似计算，并通过与裂纹扩展阈值进行比较，从而计算出安全系数。
该方法的理论基础由沃尔沃集团提出，其测试和软件实施工作则是与捷豹路虎、考文垂大学和华威大学等合作伙伴共同开展的一项合作研究项目的一部分。

在远程计算机或集群计算机上分配任务

分布式处理使以批处理模式运行的 DesignLife 分析能够分布在多台计算机或计算机集群的多个节点上。

采用高性能计算（HPC）环境中通用的MPI标准，从而能够高效完成规模最大的有限元仿真。
可让您利用多台机器的联合处理器快速完成任务。
包含一个批处理接口程序，用于简化分布式作业的运行。

nCode DesignLife 中的“处理线程”功能

通过多线程处理，您可以更快地将原始输入转换为最终结果。DesignLife 可在配备多处理器的机器上进行并行处理，每份“处理线程”许可证均可启用另一个核心。由于每个模型位置的疲劳计算在实际上是相互独立的，因此增加处理线程所带来的效益具有很强的可扩展性。还可以使用多线程，通过将翻译任务拆分为多个进程，从而加快分析过程中的翻译阶段。

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接缝焊缝的疲劳分析

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基于频率的疲劳分析

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