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MSC Software一體化疲勞壽命預測解決方案
作者：
時(shí)間：2013-05-14
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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在市場(chǎng)競爭日益激烈的今天，各公司都在尋求既提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能以及耐久性，還能縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的方法?，F代產(chǎn)品的復雜性要求使用計算機工程分析來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設計，從而提高其市場(chǎng)競爭力。
通過(guò)在計算機里快速有效地改變結構的設計參數，而不用建造試驗模型，這樣的分析大大降低了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本。對于目標是預測應力或應變的結構分析，這些典型參數包括幾何外形的改變、外載、材料的選擇。然而，應力的預測僅僅是產(chǎn)品結構優(yōu)化設計的一部分。在產(chǎn)品設計過(guò)程中，計算機工程分析的另一主要需求是估算產(chǎn)品的使用壽命。因此，通過(guò)分析法來(lái)預測疲勞壽命是一重要工具。
在方案設計階段，設計者和工程師們經(jīng)常使用簡(jiǎn)單手冊的計算結果來(lái)評價(jià)產(chǎn)品的耐久性。然而，經(jīng)常在開(kāi)發(fā)周期的測試階段或生產(chǎn)出試驗模型后，才能詳細地檢驗產(chǎn)品的耐久性。而且，成本相當可觀(guān)。僅靠測試手段不能評估一切設計參數。而且只有當產(chǎn)品服役了一段時(shí)間才能發(fā)現其疲勞失效。在這個(gè)階段，疲勞問(wèn)題將要產(chǎn)生極其惡劣的后果，包括大大地損壞了產(chǎn)品的聲譽(yù)，更不用說(shuō)使用壽命的降低。
在美國已經(jīng)得到確認，由于產(chǎn)品的疲勞問(wèn)題所引起的損失占國民生產(chǎn)總值的 4％ 左右 (約 1200 億美元)，疲勞所涉及的領(lǐng)域有汽車(chē)，航空航天，機械，船舶，鐵路，國防，軍工，海洋工程等等。隨著(zhù)科技日新月異和用戶(hù)對產(chǎn)品的要求越來(lái)越苛刻，企業(yè)面臨的挑戰越來(lái)越大，要縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，疲勞問(wèn)題要走在設計的前面等。在產(chǎn)品的早期設計階段，評估疲勞相關(guān)的問(wèn)題和進(jìn)行耐久性分析從而預測產(chǎn)品的壽命能給公司在縮減開(kāi)發(fā)和測試成本、縮短投放市場(chǎng)的時(shí)間、提高產(chǎn)品使用壽命等方面帶來(lái)很大的收益。
MSC.Software公司針對企業(yè)這一需求,提供了完美的一體化壽命預測解決方案，該方案是MSC仿真工具集的一個(gè)重要組成，也是實(shí)現虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（VPD）的一個(gè)重要環(huán)節，它主要由MSC.SimOffice中的四個(gè)軟件組成：MSC.Patran，MSC.Nastran，MSC.Fatigue，MSC.ADAMS。
疲勞耐久性流程主要有兩類(lèi)：由基于試驗測試的流程和基于CAE的虛擬仿真流程。這兩個(gè)流程并不是孤立的，而是有由共同的工具聯(lián)系在一起的?；镜钠诜治隽鞒桃笕齻€(gè)方面的信息：樣機的幾何信息、載荷信息和材料特性。
對傳統的虛擬疲勞仿真流程來(lái)說(shuō)除了幾何信息來(lái)源于 CAE模型外，一般還需要兩方面的輸入，一是材料的疲勞性能參數，二是應力/應變時(shí)間歷程。材料參數可根據相關(guān)標準從試驗中直接獲得，也可以從材料手冊等出版物，或材料數據庫軟件中獲得。獲取應力應變隨時(shí)間的變化歷史采用有限元虛擬仿真技術(shù)，只要知道載荷工況和邊界條件，在實(shí)物樣機制造出來(lái)之前，我們就可以了解整個(gè)零部件內的應力應變狀況。對虛擬來(lái)，載荷信息可以從虛擬仿真模型中獲得。 
疲勞耐久性流程
載荷數據是有限元虛擬仿真分析的一個(gè)主要輸入，獲取實(shí)際工況下的載荷變化歷史是一項復雜但又非常重要的任務(wù)。目前我們一般有二種方法可獲得載荷。一是實(shí)驗法，從實(shí)物樣機中直接測定力、力矩或壓力等信號。二是虛擬仿真方法，即通過(guò)虛擬仿真分析求得載荷歷程，例如，用多體動(dòng)力學(xué)軟件（例如MSC.ADAMS）和模型模擬出一些實(shí)際工況中的載荷歷程變化。
過(guò)去一般是物理樣機和物理試驗活動(dòng)的載荷，或者樣機是虛擬的，而載荷的試驗獲得的。這樣的疲勞壽命預測都是過(guò)多依賴(lài)試驗或者物理樣機，都是比較耗費時(shí)間和費用的。不能完全適應快速開(kāi)發(fā)，及時(shí)面市的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求的。MSC.Software的一體化疲勞壽命預測方案是利用虛擬樣機——虛擬載荷——材料特性——壽命預測 進(jìn)行產(chǎn)品定型設計驗證。
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