一、SIMILIA FE-SAFE介绍

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1 一 SIMILIA FE-SAFE 介绍 Fe-safe 是世界上最先进的高级疲劳耐久性分析软件, 是基于有限元模型的疲劳寿命分析软件包 由英国 Safe Technology 公司开发和维护 2013 年被 Dassault Systemes 收购, 作为达索 Simulia 品牌下的疲劳耐久性分析软件系统 Safe Technology 是设计和开发耐久性分析软件的技术领导者, 在软件开发过程中, 进行了大量材料和实际结构件的试验验证 在多轴疲劳耐久性分析产品和服务中,Fe-safe 是旗舰性的产品 新版本中, 引入了超过 100 项功能的改进, 保持了最高级耐久性分析软件的领军地位, 分析速度有了显著的提高, 并且添加了很多新特征和一些独特的功能, 使功能更强大 用户界面的改进, 使得 Fe-safe 更容易使用 二 SIMILIA FE-SAFE 模块介绍 SIMULIA fe-safe 高级疲劳分析软件包包含如下模块 : fe-safe 6.4 Product 软件模块 Platforms Supported 平台支持 说明 SIMULIA fe-safe Windows/X86-64,Linux/X86-64 基础疲劳分析包 SIMULIA fe-safe/composites Windows/X86-64 复合材料疲劳分析包 SIMULIA fe-safe/rotate Windows/X86-64,Linux/X86-64 旋转对称结构疲劳分析包 SIMULIA fe-safe/rubber Windows/X86-64 橡胶材料疲劳分析包 SIMULIA fe-safe/tmf Windows/X86-64,Linux/X86-64 热 - 结构疲劳分析包 SIMULIA fe-safe/turolife Windows/X86-64,Linux/X86-64 蠕变疲劳分析包 SIMULIA fe-safe/ TrueLoad Standalone Windows/X86-64 测试真实数据疲劳分析包 SIMULIA Verity Module in fe-safe Windows/X86-64,Linux/X86-64 焊接疲劳分析包 1.SIMULIA fe-safe( 基础疲劳分析包 ): 工业行业给制造商施加越来越大的压力, 要求其使用更少的材料, 提供轻量级但更强劲 的组件, 降低维护成本和召回成本, 用更少的时间 许多公司使用先进的有限元分析计算设计压力, 但疲劳分析往往仍然通过电子表格分析 方式, 人工采集的应力 由于非常容易错过失效位置, 这种方式耗时和不可靠的 实验室中 针对原型机的结构组件疲劳测试亦非常的耗时 如果原型机过早失效, 则一种昂贵的 设计 - 测试 - 再设计的开放式循环是必要的 项目时间节点和交付就会延迟 采用 fe-safe 作为用户设计过程的集成组件, 可以使用户具备 :

2 优化设计, 采用更少的材料 ; 减少产品召回和保修成本 ; 优化和验证设计和测试项目 ; 在单一用户界面, 提高相关性测试和分析 ; 减少原型样机测试时间 ; 缩短分析时间, 从而减少人工时间 ; 增加用户信心, 用户产品设计一次性通过测试时间表 fe-safe 帮助用户解决一下问题 : (1) 结构组件的疲劳寿命 ; (2) 裂纹扩展与否 ; (3) 材料的优化, 哪些材料可以保留, 哪些额外的材料需要添加 ; (4) 设计的可靠性 ; (5) 哪些载荷引起疲劳损伤 ; (6) 导致疲劳裂纹的原因是什么? fe-safe 在交通工具 石油管道 车辆工程 能源 重型机械等各工业行业都有相关的应用, 相关案例如 : 1 某样机后纵臂链接焊点的疲劳分析 2 管道架悬挂组件的疲劳分析 3 柴油机活塞的疲劳裂纹

3 4 某型增压器扭转隔离器弹簧的疲劳分析 2.SIMULIA Fe-safe/Composites( 复合材料疲劳分析包 ) 是用来评估复合材料疲劳分析的软件包 简单的负载状态导致单个复合成分的复杂行为, 使得预测复合材料的疲劳寿命具有非常大的挑战性 此外, 频率和加载历史影响的处理只能采用基于物理理论方法 SIMULIA Fe-safe/Composites 通过结合 Multicontinuum 理论和运动学理论满足这些挑战, 在复合材料结构疲劳寿命预测方面有强大的能力 其特点如下 : 能够预测疲劳失效的产生 ; 提供复合材料模拟 : 室温下的碳纤维与玻璃纤维复合材料 高温下的碳纤维复合材料 ; 利用 Helius:Material Manager 可以描述其他的复合材料特性 ; 集成现有结构有限元软件 ; 只需最少的材料特性 : 标准的静态失效强度 最少的疲劳数据 ; 基于以下物理本质及理论 : 复合材料特性同组成材料属性相关联 可用于预测未提供具 体属性的复合材料行为 支持多轴载荷加载 考虑了加载频率的影响 无人机机翼疲劳分析 F1 赛车碳纤维翼疲劳分析

4 3.SIMULIA fe-safe/rotate( 旋转对称结构疲劳分析包 ) 利用结构的轴对称性, 提高了旋转部件的疲劳分析效率, 可以自动产生一系列不同旋转角度上的应力结果, 一次静力计算可以用来定义一个循环的疲劳载荷谱 有限元计算结果文件更小, 求解规模降低 该模块支持完整模型 一半模型和奇 偶对称的扇区模型, 是计算车轮 齿轮等此类旋转对称结构疲劳问题的理想选择 只需一个静态有限元分析就可定义一个旋转周期的疲劳 ; 以一个载荷步为基础, fe-safe/rotate 产生一系列的额外应力结果, 就像该模型被旋转 一样 ; 高效分析对称模型问题 : 轴对称问题 : 车轮 齿轮 轴承 轴等 ; 部分轴对称问题 : 凸轮轮轴 曲轴法兰等 车轮疲劳分析 4.SIMULIA fe-safe/ Rubber( 橡胶材料疲劳分析包 ) 是用来评估橡胶材料疲劳分析的高级软件包 功能如下 : SIMULIA fe-safe/rubber 评估橡胶部件的疲劳寿命 基于有限元分析计算出的机械工作 周期和橡胶的材料性质的规范, 计算在某个位置产生组件小裂纹所需要的工作周期的重 复次数 ; 工作周期来自于有限元模型, 即一个时域信号指定应变张量的分量 在计算每个单元的 疲劳寿命后, 从 SIMULIA fe-safe/rubber 结果可能显现为彩色轮廓呈现裂缝的地方将启 动关键位置 ; SIMULIA fe-safe/rubber 的功能是专门为有限应变开发临界平面算法 该算法准确地说 明了裂纹闭合和多轴载荷的影响 它还具有雨流计数程序的功能, 识别和积累每个事件

5 在工作周期内的损伤影响 SIMULIA Fe-safe/Rubber 提供了一个非线性材料模型的选择, 使橡胶组件的行为得到准确地描述, 并为一些常用的弹性体类型材料的准备随时可以调用的数据库 5.SIMULIA fe-safe/tmf ( 热 - 结构疲劳分析包 ) 可以在考虑多重影响的基础上快速精确的进行结构疲劳寿命分析 可以考虑的影响包括应变率和瞬态温度对循环应力 - 应变响应的影响, 瞬态温度对应变 - 寿命曲线的影响, 体积应力放宽和应变老化对疲劳强度的影响等 该模块是计算活塞 排气管和缸盖等此类结构疲劳问题的理想选择 主要客户有 Perkins Engines, Caterpillar and Arvin Meritor 等 当存在应力和温度波动时, 产生热 - 结构疲劳 包含时间相关的热 - 结构疲劳效应 ( 应变率 相位关系 浸湿以及应力松弛等 ) 相比传统方法可以得到更可靠和准确的疲劳结果 支持主应变以及铸铁算法 允许高频机械载荷循环叠加在热载荷循环上 活塞热疲劳分析 6.SIMULIA fe-safe/turbolife( 蠕变疲劳分析包 ) 是用来评估蠕变损伤 疲劳损伤和蠕变 - 疲劳损伤的, 是一个功能强大 全面并且易于掌握的蠕变 - 疲劳分析模块, 跟 Abaqus 软件有直接接口, 而且提供了一套完整的材料数据库, 用户亦可根据需要添加自己的材料数据 蠕变 - 疲劳算法已成功的应用于核电站部件 电站锅炉 燃气涡轮叶片 汽轮机部件 汽车零部件以及涡轮增压器叶轮的疲劳分析中 针对蠕变和蠕变疲劳交互作用, 提供独一无二的高级疲劳分析解决方案 应用于疲劳损伤和蠕变破坏相互作用导致部件寿命缩短的情况 ; 可判断疲劳或者蠕变哪一个才是主导的破坏机制, 进而可以关注主要破坏机制并开展重 新设计

6 排气歧管蠕变疲劳分析 7.SIMULIA fe-safe TrueLoad Standalone( 测试真实数据疲劳分析包 ) SIMULIA fe-safe TureLoad Standalone 是一个利用测试真实应力应变数据来进行疲劳分析的软件包 是和 Wolf Star Technologies 公司联合开发的, 提供了测试实验和有限元结合的独特的疲劳软件解决方案, 无缝集成到有限元分析环境, 作为一种独特的提供相关的应变有限元分析载荷计算工具 具有以下功能特点 : SIMULIA fe-safe TureLoad Standalone 通过耦合有限元分析与实验应变, 提供独一无二 的能力加深对整个加载过程的理解 ; 对于执行任何疲劳计算, 载荷测量是形成分析误差的最大来源 到现在为止, 载荷仍然 是要提供的最难测量数据 传统的测量, 通常不与有限元分析模型关联, 因此在进行设 计和开发迭代周期时, 浪费时间和金钱 ; SIMULIA fe-safe TureLoad Standalone 将基于有限元分析模型确定最优计量的位置 一 旦应变在这些最佳计量的位置被收集到, 应变数据被读入到软件计算载荷时间历程, 通 常所测量的应变匹配到 2% 误差以内在每个时间点 ; 随着 SIMULIA fe-safe TureLoad Standalone 询问模型中应变的任何一点, 应力或位移是 很简单的互动 通常需要几分钟来确定应变计量布置和几分钟到后台计算进行访问 一旦 SIMULIA fe-safe TureLoad Standalone 已计算出的载荷分布 比例并且结合疲劳事件的定义 用户只需要疲劳材料分配到的 FEA 模型中感兴趣的区域 ; Abaqus CAE 插件使得 Abaqus 结果和加载数据可以无缝集成至 Fe-safe

7 实测应变数据与有限元模型耦合疲劳分析 8.SIMULIA Verity Module in fe-safe( 焊接疲劳分析包 ) Verity 是由 Safe Technology 和 Battelle 合作开发的对于网格不敏感的结构应力法 (SSM), 使用此方法工程师可以预测焊点和焊接结构的破坏位置, 计算疲劳寿命 无论是点焊 线焊还是焊球, 还是复杂载荷加载或者多轴疲劳问题,Verity 都可以快速准确的给出寿命预测结果, 同时也可以避免重复大量的试验, 降低企业的试验和生产成本 针对焊点分析问题 Verity in fe-safe 提供网格和载荷不敏感方法 1. 基于由节点力计算得到的等效结构应力 ; 2. 适用于于所有类型的焊接, 所有类型的载荷, 任意板的厚度 ; 3. 无需用户做任何判断, 避免了主观性, 增加了可靠性与准确度 ; 焊接疲劳分析

8 三 SIMILIA FE-SAFE 特色功能 拥有基于应力应变测试信号的疲劳分析技术 ; 支持弹性 塑性, 单轴 多轴的应力和局部应变全面疲劳算法 ; 丰富的材料疲劳数据库 ; 支持各种载荷输入文件格式, 并对载荷信号进行分析处理 ; 概率疲劳计算载荷与材料服从某种概率分布时, 在一定设计寿命下结构的生存概率 ; 可以构造复杂的疲劳载荷谱 ; 生成丰富的疲劳计算结果 ; 界面操作易学易用 ; 丰富的 CAE 接口 : Abaqus, Ansys, Nastran, I-deas, Hypermesh, Pro/E Mechanical; SIMULIA fe-safe/rubber 作为独特的 唯一的针对弹性合成橡胶材料的疲劳分析的市场 化的软件, 在橡胶疲劳分析方面提供了良好的工具 ; SIMULIA fe-safe 独有的 Verity 高级焊接疲劳分析能力 ; 针对蠕变和蠕变疲劳交互作用,fe-safe 提供独一无二的高级疲劳分析解决方案 ; fe-safe 提供了测试实验和有限元结合的独特的疲劳软件解决方案, 无缝集成到有限元分 析环境, 作为一种独特的提供相关的应变有限元分析载荷计算工具, 即 SIMULIA fe-safe TrueLoad Standalone 测试真实数据疲劳分析包 四 SIMILIA FE-SAFE 材料数据库管理系统 SIMULIA fe-safe 提供了一套全面的材料疲劳特性数据库和数据库管理系统, 含有上百种常用的钢 铝等合金材料的疲劳数据, 用户可以根据需要扩充和修改该数据库 用户可以查询数据库中的内容, 并可对其进行编辑 同时可以设置数据库的访问与修改权限 利用内置的 Netscape link 可以访问实验报告及北京数据 ; 在启动疲劳分析时, 可自动访问材料数据库, 读入材料数据 ; 用户数据也可通过用户界面直接输入 SIMULIA fe-safe 还可以绘制材料数据的多种类型曲线 在数据库中含有 Seeger 材料近似算法, 允许利用材料的抗拉强度 (UTS) 和弹性模量生成近似的材料疲劳数据, 生成的数据可以指定某一数据集并存取数据库中 五 SIMILIA FE-SAFE 疲劳分析功能 SIMULIA fe-safe 可定义载荷时间历程, 用于一组有限元分析应力结果 ;

9 能有效地处理有限元分析的弹性应力结果和弹塑性应力结果, 可组合多个载荷的时间历 程 迭加多轴加载的时间历程, 从而在, 模型每个位置上都产生一个应力张量的时间历 程 ; 可进行序列工况的疲劳分析, 数据集序列可以使一个瞬态分析结果, 也可以通过一系列 离散事件来生成 ; 可对复杂的块数据载荷进行分析, 对于每个载荷条件, 生成一个载荷的有限元结果数据 集的循环快 ; 还可对载荷历程和序列载荷进行组合使用 ; 定义载荷文件, 其中可包含一系列载荷块, 每个载荷块又可定义一系列的载荷历程和序 列载荷数据组合 而序列载荷数据是随着时间变化载荷而引起的应力数据的变化 ; 可利用应力 - 寿命曲线 应变 - 寿命曲线 局部应力 - 应变分析进行单轴和多轴疲劳分析, 有多重平均应力修正, 也可采用用户定义的平均应力修正 ; 定义载荷时间历程是, 加载文件中的载荷条件可存储为一下格式的文件, 以方便地与其 他各个软件进行数据交换 准备单通道和多通道载荷历程, 对载荷进行比例缩放, 考虑 峰 / 谷值而忽略循环 SIMULIA fe-safe 可采用多达 4096 个通道载荷 ; SIMULIA fe-safe 中疲劳分析载信号处理, 可采用雨流计数法 ; SIMULIA fe-safe 中疲劳测试信号可进行幅值分析和频率分析处理 过滤掉小的载荷循 环 ; 可根据功率谱密度数据进行振动疲劳分析, 不同频率和幅值的信号可进行叠加 ; 可考虑残余应力的影响, 能使用 BS7608 标准的应力 - 寿命数据进行焊接结构分析 ; 由于铸铁中石墨的影响, 材料拉 - 压应力应变呈现非对称,SIMULIA fe-safe 提供专门手 段对铸铁 ( 包括灰口铁 ) 进行疲劳分析 ; 可计算微振磨损疲劳寿命 ; 可以快速计算高温疲劳 ; 可考虑蠕变对疲劳的影响 ( 应力应变与应变率和瞬时温度相关 ); 可以考虑机械加工及装配应力对结构寿命的影响 ; 可以针对整个模型, 也可以针对一组单元进行疲劳分析 可方便地对整个模型或者选择 的区域进行再设计和假设分析, 从而观察从非关键区域去掉金属材料的效果, 以及增加 热点 位置的疲劳寿命 ; 可考虑表面光洁度影响 几何变化与缺口敏感性影响以及材料特性变化效应和不同载荷 组合历史的影响 不用的材料数据和应力集中系数可以用于每个单元组 ( 允许在同一个

10 部件上有机械加工面和锻造面 ) SIMULIA fe-safe 能够疲劳失效率的统计分析 ; 可根据指定的设计寿命, 计算出各个节点将达到相应设计寿命的安全系数 ; 可支持批处理和命令行功能 ; 提供了方便的工具绘制材料数据和载荷历程 ; 可计算出在指定寿命内, 模型上各部分不会破坏的可能性 ; 可从模型上一系列的载荷中找出对疲劳寿命影响最大的载荷 ; 根据载荷情况和材料数据自动选择最适合的疲劳分析方法

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