Fe-safe軟件功能介紹

2017-07-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、SIMILIA FE-SAFE介紹

Fe-safe是世界上最先進(jìn)的高級疲勞耐久性分析軟件,是基于有限元模型的疲勞壽命分析軟件包。由英國 Safe Technology 公司開發(fā)和維護(hù)。2013年被Dassault Systemes收購,作為達(dá)索Simulia品牌下的疲勞耐久性分析軟件系統(tǒng)。

Safe Technology是設(shè)計和開發(fā)耐久性分析軟件的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者,在軟件開發(fā)過程中,進(jìn)行了大量材料和實(shí)際結(jié)構(gòu)件的試驗(yàn)驗(yàn)證。在多軸疲勞耐久性分析產(chǎn)品和服務(wù)中,Fe-safe是旗艦性的產(chǎn)品。新版本中,引入了超過100項(xiàng)功能的改進(jìn),保持了最高級耐久性分析軟件的領(lǐng)軍地位,分析速度有了顯著的提高,并且添加了很多新特征和一些獨(dú)特的功能,使功能更強(qiáng)大。用戶界面的改進(jìn),使得Fe-safe更容易使用。

二、SIMILIA FE-SAFE模塊介紹

SIMULIAfe-safe高級疲勞分析軟件包包含如下模塊:

1.SIMULIAfe-safe(基礎(chǔ)疲勞分析包):

工業(yè)行業(yè)給制造商施加越來越大的壓力,要求其使用更少的材料,提供輕量級但更強(qiáng)勁的組件,降低維護(hù)成本和召回成本,用更少的時間。

許多公司使用先進(jìn)的有限元分析計算設(shè)計壓力,但疲勞分析往往仍然通過電子表格分析方式,人工采集的應(yīng)力。由于非常容易錯過失效位置,這種方式耗時和不可靠的。實(shí)驗(yàn)室中針對原型機(jī)的結(jié)構(gòu)組件疲勞測試亦非常的耗時。如果原型機(jī)過早失效,則一種昂貴的、設(shè)計-測試-再設(shè)計的開放式循環(huán)是必要的。項(xiàng)目時間節(jié)點(diǎn)和交付就會延遲。

采用fe-safe作為用戶設(shè)計過程的集成組件,可以使用戶具備:

--優(yōu)化設(shè)計,采用更少的材料;

--減少產(chǎn)品召回和保修成本;

--優(yōu)化和驗(yàn)證設(shè)計和測試項(xiàng)目;

--在單一用戶界面,提高相關(guān)性測試和分析;

--減少原型樣機(jī)測試時間;

--縮短分析時間,從而減少人工時間;

--增加用戶信心,用戶產(chǎn)品設(shè)計一次性通過測試時間表。

fe-safe幫助用戶解決一下問題:

(1)結(jié)構(gòu)組件的疲勞壽命;

(2)裂紋擴(kuò)展與否;

(3)材料的優(yōu)化,哪些材料可以保留,哪些額外的材料需要添加;

(4)設(shè)計的可靠性;

(5)哪些載荷引起疲勞損傷;

(6)導(dǎo)致疲勞裂紋的原因是什么?

fe-safe在交通工具、石油管道、車輛工程、能源、重型機(jī)械等各工業(yè)行業(yè)都有相關(guān)的應(yīng)用,相關(guān)案例如:

1、某樣機(jī)后縱臂鏈接焊點(diǎn)的疲勞分析

2、管道架懸掛組件的疲勞分析

3、柴油機(jī)活塞的疲勞裂紋

4、某型增壓器扭轉(zhuǎn)隔離器彈簧的疲勞分析

2.SIMULIAFe-safe/Composites(復(fù)合材料疲勞分析包)

是用來評估復(fù)合材料疲勞分析的軟件包。簡單的負(fù)載狀態(tài)導(dǎo)致單個復(fù)合成分的復(fù)雜行為,使得預(yù)測復(fù)合材料的疲勞壽命具有非常大的挑戰(zhàn)性。此外,頻率和加載歷史影響的處理只能采用基于物理理論方法。SIMULIAFe-safe/Composites通過結(jié)合Multicontinuum理論和運(yùn)動學(xué)理論滿足這些挑戰(zhàn),在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測方面有強(qiáng)大的能力。其特點(diǎn)如下:

--能夠預(yù)測疲勞失效的產(chǎn)生;

--提供復(fù)合材料模擬:室溫下的碳纖維與玻璃纖維復(fù)合材料、高溫下的碳纖維復(fù)合材料;

--利用 Helius:Material Manager可以描述其他的復(fù)合材料特性;

--集成現(xiàn)有結(jié)構(gòu)有限元軟件;

--只需最少的材料特性:標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)失效強(qiáng)度、最少的疲勞數(shù)據(jù);

--基于以下物理本質(zhì)及理論:復(fù)合材料特性同組成材料屬性相關(guān)聯(lián)、可用于預(yù)測未提供具體屬性的復(fù)合材料行為、支持多軸載荷加載、考慮了加載頻率的影響。

3.SIMULIAfe-safe/Rotate(旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)疲勞分析包)

利用結(jié)構(gòu)的軸對稱性,提高了旋轉(zhuǎn)部件的疲勞分析效率, 可以自動產(chǎn)生一系列不同旋轉(zhuǎn)角度上的應(yīng)力結(jié)果,一次靜力計算可以用來定義一個循環(huán)的疲勞載荷譜。有限元計算結(jié)果文件更小,求解規(guī)模降低。該模塊支持完整模型、一半模型和奇、偶對稱的扇區(qū)模型,是計算車輪、齒輪等此類旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)疲勞問題的理想選擇。

--只需一個靜態(tài)有限元分析就可定義一個旋轉(zhuǎn)周期的疲勞;

--以一個載荷步為基礎(chǔ),fe-safe/Rotate產(chǎn)生一系列的額外應(yīng)力結(jié)果,就像該模型被旋轉(zhuǎn)一樣;

--高效分析對稱模型問題: 軸對稱問題:車輪、齒輪、軸承、軸等;部分軸對稱問題:凸輪輪軸、曲軸法蘭等

4.SIMULIAfe-safe/ Rubber(橡膠材料疲勞分析包)

是用來評估橡膠材料疲勞分析的高級軟件包。功能如下:

--SIMULIAfe-safe/Rubber評估橡膠部件的疲勞壽命?；谟邢拊治鲇嬎愠龅臋C(jī)械工作周期和橡膠的材料性質(zhì)的規(guī)范,計算在某個位置產(chǎn)生組件小裂紋所需要的工作周期的重復(fù)次數(shù);

--工作周期來自于有限元模型,即一個時域信號指定應(yīng)變張量的分量。在計算每個單元的疲勞壽命后,從SIMULIAfe-safe/Rubber結(jié)果可能顯現(xiàn)為彩色輪廓呈現(xiàn)裂縫的地方將啟動關(guān)鍵位置;

--SIMULIAfe-safe/Rubber的功能是專門為有限應(yīng)變開發(fā)臨界平面算法。該算法準(zhǔn)確地說明了裂紋閉合和多軸載荷的影響。它還具有雨流計數(shù)程序的功能,識別和積累每個事件在工作周期內(nèi)的損傷影響。SIMULIAFe-safe/Rubber?提供了一個非線性材料模型的選擇,使橡膠組件的行為得到準(zhǔn)確地描述,并為一些常用的彈性體類型材料的準(zhǔn)備隨時可以調(diào)用的數(shù)據(jù)庫。

5.SIMULIAfe-safe/TMF (熱-結(jié)構(gòu)疲勞分析包)

可以在考慮多重影響的基礎(chǔ)上快速精確的進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析?？梢钥紤]的影響包括應(yīng)變率和瞬態(tài)溫度對循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)的影響,瞬態(tài)溫度對應(yīng)變-壽命曲線的影響,體積應(yīng)力放寬和應(yīng)變老化對疲勞強(qiáng)度的影響等。該模塊是計算活塞、排氣管和缸蓋等此類結(jié)構(gòu)疲勞問題的理想選擇。主要客戶有 Perkins Engines, Caterpillar and Arvin Meritor 等。

當(dāng)存在應(yīng)力和溫度波動時,產(chǎn)生熱-結(jié)構(gòu)疲勞。

--包含時間相關(guān)的熱-結(jié)構(gòu)疲勞效應(yīng)(應(yīng)變率、相位關(guān)系、浸濕以及應(yīng)力松弛等)

--相比傳統(tǒng)方法可以得到更可靠和準(zhǔn)確的疲勞結(jié)果

--支持主應(yīng)變以及鑄鐵算法

--允許高頻機(jī)械載荷循環(huán)疊加在熱載荷循環(huán)上

6.SIMULIAfe-safe/TURBOlife(蠕變疲勞分析包)

是用來評估蠕變損傷、疲勞損傷和蠕變-疲勞損傷的,是一個功能強(qiáng)大、全面并且易于掌握的蠕變-疲勞分析模塊,跟Abaqus軟件有直接接口,而且提供了一套完整的材料數(shù)據(jù)庫,用戶亦可根據(jù)需要添加自己的材料數(shù)據(jù)。蠕變-疲勞算法已成功的應(yīng)用于核電站部件、電站鍋爐、燃?xì)鉁u輪葉片、汽輪機(jī)部件、汽車零部件以及渦輪增壓器葉輪的疲勞分析中。

針對蠕變和蠕變疲勞交互作用,提供獨(dú)一無二的高級疲勞分析解決方案。

--應(yīng)用于疲勞損傷和蠕變破壞相互作用導(dǎo)致部件壽命縮短的情況;

--可判斷疲勞或者蠕變哪一個才是主導(dǎo)的破壞機(jī)制,進(jìn)而可以關(guān)注主要破壞機(jī)制并開展重新設(shè)計。

7.SIMULIAfe-safeTrueLoad Standalone(測試真實(shí)數(shù)據(jù)疲勞分析包)

SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone是一個利用測試真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)來進(jìn)行疲勞分析的軟件包。是和Wolf Star Technologies公司聯(lián)合開發(fā)的,提供了測試實(shí)驗(yàn)和有限元結(jié)合的獨(dú)特的疲勞軟件解決方案,無縫集成到有限元分析環(huán)境,作為一種獨(dú)特的提供相關(guān)的應(yīng)變有限元分析載荷計算工具。具有以下功能特點(diǎn):

--SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone通過耦合有限元分析與實(shí)驗(yàn)應(yīng)變,提供獨(dú)一無二的能力加深對整個加載過程的理解;

--對于執(zhí)行任何疲勞計算,載荷測量是形成分析誤差的最大來源。到現(xiàn)在為止,載荷仍然是要提供的最難測量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的測量,通常不與有限元分析模型關(guān)聯(lián),因此在進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)迭代周期時,浪費(fèi)時間和金錢;

--SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone將基于有限元分析模型確定最優(yōu)計量的位置。一旦應(yīng)變在這些最佳計量的位置被收集到,應(yīng)變數(shù)據(jù)被讀入到軟件計算載荷時間歷程,通常所測量的應(yīng)變匹配到2%誤差以內(nèi)在每個時間點(diǎn);

--隨著SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone詢問模型中應(yīng)變的任何一點(diǎn),應(yīng)力或位移是很簡單的互動。通常需要幾分鐘來確定應(yīng)變計量布置和幾分鐘到后臺計算進(jìn)行訪問。一旦SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone已計算出的載荷分布、比例并且結(jié)合疲勞事件的定義。用戶只需要疲勞材料分配到的FEA模型中感興趣的區(qū)域;

Abaqus CAE插件使得Abaqus結(jié)果和加載數(shù)據(jù)可以無縫集成至Fe-safe。

8.SIMULIA Verity Module infe-safe(焊接疲勞分析包)

Verity是由Safe Technology和Battelle合作開發(fā)的對于網(wǎng)格不敏感的結(jié)構(gòu)應(yīng)力法(SSM),使用此方法工程師可以預(yù)測焊點(diǎn)和焊接結(jié)構(gòu)的破壞位置,計算疲勞壽命。無論是點(diǎn)焊、線焊還是焊球,還是復(fù)雜載荷加載或者多軸疲勞問題,Verity都可以快速準(zhǔn)確的給出壽命預(yù)測結(jié)果,同時也可以避免重復(fù)大量的試驗(yàn),降低企業(yè)的試驗(yàn)和生產(chǎn)成本。

針對焊點(diǎn)分析問題Verityinfe-safe提供網(wǎng)格和載荷不敏感方法

1.基于由節(jié)點(diǎn)力計算得到的等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力;

2.適用于于所有類型的焊接,所有類型的載荷,任意板的厚度;

3.無需用戶做任何判斷,避免了主觀性,增加了可靠性與準(zhǔn)確度;

三、SIMILIA FE-SAFE特色功能

--擁有基于應(yīng)力應(yīng)變測試信號的疲勞分析技術(shù);

--支持彈性、塑性,單軸、多軸的應(yīng)力和局部應(yīng)變?nèi)嫫谒惴?

--豐富的材料疲勞數(shù)據(jù)庫;

--支持各種載荷輸入文件格式,并對載荷信號進(jìn)行分析處理;

--概率疲勞計算載荷與材料服從某種概率分布時,在一定設(shè)計壽命下結(jié)構(gòu)的生存概率;

--可以構(gòu)造復(fù)雜的疲勞載荷譜;

--生成豐富的疲勞計算結(jié)果;

--界面操作易學(xué)易用;

--豐富的CAE接口: Abaqus, Ansys, Nastran, I-deas, Hypermesh, Pro/E Mechanical;

--SIMULIAfe-safe/Rubber作為獨(dú)特的、唯一的針對彈性合成橡膠材料的疲勞分析的市場化的軟件,在橡膠疲勞分析方面提供了良好的工具;

--SIMULIAfe-safe獨(dú)有的Verity高級焊接疲勞分析能力;

--針對蠕變和蠕變疲勞交互作用,fe-safe提供獨(dú)一無二的高級疲勞分析解決方案;

--fe-safe提供了測試實(shí)驗(yàn)和有限元結(jié)合的獨(dú)特的疲勞軟件解決方案,無縫集成到有限元分析環(huán)境,作為一種獨(dú)特的提供相關(guān)的應(yīng)變有限元分析載荷計算工具,即SIMULIAfe-safeTrueLoad Standalone測試真實(shí)數(shù)據(jù)疲勞分析包。

四、SIMILIA FE-SAFE 材料數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

SIMULIAfe-safe提供了一套全面的材料疲勞特性數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),含有上百種常用的鋼、鋁等合金材料的疲勞數(shù)據(jù),用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)充和修改該數(shù)據(jù)庫。

用戶可以查詢數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容,并可對其進(jìn)行編輯。同時可以設(shè)置數(shù)據(jù)庫的訪問與修改權(quán)限。

利用內(nèi)置的Netscape link可以訪問實(shí)驗(yàn)報告及北京數(shù)據(jù);在啟動疲勞分析時,可自動訪問材料數(shù)據(jù)庫,讀入材料數(shù)據(jù);用戶數(shù)據(jù)也可通過用戶界面直接輸入。

SIMULIAfe-safe還可以繪制材料數(shù)據(jù)的多種類型曲線。在數(shù)據(jù)庫中含有Seeger材料近似算法,允許利用材料的抗拉強(qiáng)度(UTS)和彈性模量生成近似的材料疲勞數(shù)據(jù),生成的數(shù)據(jù)可以指定某一數(shù)據(jù)集并存取數(shù)據(jù)庫中。

五、SIMILIA FE-SAFE 疲勞分析功能

--SIMULIAfe-safe可定義載荷時間歷程,用于一組有限元分析應(yīng)力結(jié)果;

--能有效地處理有限元分析的彈性應(yīng)力結(jié)果和彈塑性應(yīng)力結(jié)果,可組合多個載荷的時間歷程。迭加多軸加載的時間歷程,從而在,模型每個位置上都產(chǎn)生一個應(yīng)力張量的時間歷程;

--可進(jìn)行序列工況的疲勞分析,數(shù)據(jù)集序列可以使一個瞬態(tài)分析結(jié)果,也可以通過一系列離散事件來生成;

--可對復(fù)雜的塊數(shù)據(jù)載荷進(jìn)行分析,對于每個載荷條件,生成一個載荷的有限元結(jié)果數(shù)據(jù)集的循環(huán)快;

--還可對載荷歷程和序列載荷進(jìn)行組合使用;

--定義載荷文件,其中可包含一系列載荷塊,每個載荷塊又可定義一系列的載荷歷程和序列載荷數(shù)據(jù)組合。而序列載荷數(shù)據(jù)是隨著時間變化載荷而引起的應(yīng)力數(shù)據(jù)的變化;

--可利用應(yīng)力-壽命曲線、應(yīng)變-壽命曲線、局部應(yīng)力-應(yīng)變分析進(jìn)行單軸和多軸疲勞分析,有多重平均應(yīng)力修正,也可采用用戶定義的平均應(yīng)力修正;

--定義載荷時間歷程是,加載文件中的載荷條件可存儲為一下格式的文件,以方便地與其他各個軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。準(zhǔn)備單通道和多通道載荷歷程,對載荷進(jìn)行比例縮放,考慮峰/谷值而忽略循環(huán)。SIMULIAfe-safe可采用多達(dá)4096個通道載荷;

--SIMULIAfe-safe中疲勞分析載信號處理,可采用雨流計數(shù)法;

--SIMULIAfe-safe中疲勞測試信號可進(jìn)行幅值分析和頻率分析處理。過濾掉小的載荷循環(huán);

--可根據(jù)功率譜密度數(shù)據(jù)進(jìn)行振動疲勞分析,不同頻率和幅值的信號可進(jìn)行疊加;

--可考慮殘余應(yīng)力的影響,能使用BS7608標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力-壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)分析;

--由于鑄鐵中石墨的影響,材料拉-壓應(yīng)力應(yīng)變呈現(xiàn)非對稱,SIMULIAfe-safe提供專門手段對鑄鐵(包括灰口鐵)進(jìn)行疲勞分析;

--可計算微振磨損疲勞壽命;

--可以快速計算高溫疲勞;

--可考慮蠕變對疲勞的影響(應(yīng)力應(yīng)變與應(yīng)變率和瞬時溫度相關(guān));

--可以考慮機(jī)械加工及裝配應(yīng)力對結(jié)構(gòu)壽命的影響;

--可以針對整個模型,也可以針對一組單元進(jìn)行疲勞分析。可方便地對整個模型或者選擇的區(qū)域進(jìn)行再設(shè)計和假設(shè)分析,從而觀察從非關(guān)鍵區(qū)域去掉金屬材料的效果,以及增加“熱點(diǎn)”位置的疲勞壽命;

--可考慮表面光潔度影響、幾何變化與缺口敏感性影響以及材料特性變化效應(yīng)和不同載荷組合歷史的影響。不用的材料數(shù)據(jù)和應(yīng)力集中系數(shù)可以用于每個單元組(允許在同一個部件上有機(jī)械加工面和鍛造面)

--SIMULIAfe-safe能夠疲勞失效率的統(tǒng)計分析;