Lademethoden in Fe-Safe – PLM Tech Talk Blog

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Es macht keinen Sinn, darüber zu diskutieren, wer von ihnen seine Muskeln am meisten beansprucht und wer aufgrund der Ermüdung wahrscheinlich zuerst scheitert. Das liegt daran, dass wir eine erstklassige FEA-Lösung haben, die das für uns erledigt. Die Idee hinter der Darstellung dieser Zeichen besteht darin, zu erkennen, dass es schwierig ist, den Ort und die Schwere des Schadens anhand der Belastung analytisch vorherzusagen. Darüber hinaus gibt es unendlich viele Möglichkeiten, Lasten im wirklichen Leben anzuwenden, sodass eine robuste Ermüdungslösung über eine starke Toolbox für verschiedene Belastungsszenarien verfügen sollte.

Nennen wir diese Herkules von links nach rechts Mr. X, Mr. Y, Mr. Z und Mr. W. Herr X trägt mehrere Lasten gleichzeitig, während Herr Y, Herr Z und Herr W eine einzelne Last tragen. Herr Z befindet sich in einer einzigartigen Situation, in der alle Lasten von oben auf eine Hand gedrückt werden. Die Schmerzen von Herrn W. sind auf dem Bild gut zu erkennen, und er wird von Belastungen erfasst, die auf seine Hände ausgeübt werden, während sich die gesamte Schädigung im unteren Rückenbereich abspielt. Herr Je mehr wir darüber nachdenken, wer zuerst ausscheidet, desto mehr geraten wir ins Grübeln.

Ingenieure, die Produkte entwerfen und für das Anbringen eines Garantieetiketts auf ihren Produkten verantwortlich sind, befinden sich in einer ähnlichen Situation, mit Ausnahme derjenigen, die SIMULIA-Haltbarkeitslösungen für Lebenszyklus- und Schadensschätzungen verwenden. Während die Durchführung einer genauen Haltbarkeitssimulation viele Herausforderungen mit sich bringt, konzentrieren wir uns in diesem Blog ausschließlich auf die verschiedenen Belastungsszenarien und deren Erfassung in Fe-Safe.

Unterschiedliche Belastungsszenarien in der Haltbarkeit

Das Belastungsszenario umfasst die Art der Belastung selbst und ihre Anwendung. Die Last kann entweder eine Last mit konstanter Amplitude oder eine Last mit variabler Amplitude sein. Beispielsweise hat die durch die Bewegung der Kurbelwelle erzeugte Belastung eine konstante Amplitude, während die Belastung durch Schlaglöcher auf einer unebenen Straße eine Belastung mit variabler Amplitude darstellt.

Wie bereits erwähnt, kann es mehrere Lasten geben, die alle gleichzeitig wirken, entweder am selben Standort oder an mehreren Standorten. Wenn das Modell nichtlinear ist, muss das Belastungsszenario in der entsprechenden Finite-Elemente-Analyse berücksichtigt werden. Bei linearen Modellen ist es jedoch sinnvoll, Einheitslast-FEAs separat durchzuführen skalieren und kombinieren die Belastungen für die Haltbarkeit. Fe-Safe bietet die Möglichkeit, Ladungen aus einzelnen Ladungen zu kombinieren.

Rainflow-Algorithmus: Die Ermüdung wird immer in der Anzahl der Zyklen berechnet, da mit jedem Zyklus ein Schaden verbunden ist, der sich ansammelt. Die große Frage als nächstes ist, wie man die Anzahl der Zyklen einer Last mit variabler Amplitude berechnet! Es wirkt so laut. Die Antwort ist die branchenerprobte Rainflow-Zählmethode, mit der die effektive Anzahl der Zyklen einer variablen Belastung berechnet werden kann.

Darüber hinaus können wechselnde Belastungen unterhalb der Belastbarkeitsgrenze ebenfalls zu Ermüdung führen. Fe-Safe behebt dieses seltsame, aber reale physikalische Verhalten, indem es die SN-Kurve bei variabler Amplitude modifiziert. Im wirklichen Leben entstehen die meisten Schäden durch Belastungsamplituden unterhalb der Dauerfestigkeit aufgrund der Belastung mit variabler Amplitude.

Nichtlineare Haltbarkeitsmodellierung in Fe-Safe

Wir erinnern daran, dass es drei große Arten von Nichtlinearitäten gibt: Geometrisch, Material und Kontakt. In beiden Fällen funktioniert der Ansatz der Überlagerung von Lasten nicht. Während Fe-Safe immer noch der beste Kandidat auf dem Markt ist, um nichtlineare Haltbarkeitsfälle zu lösen, ist auch ein wettbewerbsfähiger nichtlinearer FEA-Löser erforderlich, um korrekte Spannungen zu erhalten. Dieser Löser ist Abaqus Natürlich.

Die einfachste Situation ist die nichtlineare Geometrie wie bei großer Verformung. Ein häufiges Beispiel ist die Bewegung der Kurbelwelle durch Kolbenzündung (vorausgesetzt, dass kein Kriechen und keine thermische Ermüdung vorliegt). Bei großen Bewegungsproblemen funktionieren Einheitslast und Überlagerung nicht. Die gesamte Bewegungsspannungsanalyse sollte zunächst in der nichtlinearen FEA durchgeführt werden. Später sollte Fe-Safe mit einer Reihe von Stressdatensätzen gefüttert werden.

Der nächste nichtlineare Aspekt ist das Material. Die lokale Plastizität lässt sich in Fe-Safe mithilfe der Neuber-Plastizitätskorrektur leicht beheben. Am FEA-Modell muss nichts geändert werden. Globale Plastizität erfordert eine nichtlineare Materialdefinition im FEA-Modell. Der Fe-Safe erfordert sowohl Spannungs- als auch Dehnungseingaben aus den Ergebnissen der FEA-Analyse. Vollständige Plastizitätsereignisse sind in der Regel von Natur aus sehr kurzzyklisch und haben eine hohe Amplitude, wie z. B. thermomechanische und Elastomerermüdung.

Multi-Block-Ladungen

Viele reale Belastungsszenarien sind sequenzieller Natur, bei denen Ermüdungsereignisse nacheinander verkettet sind. Dies kommt häufiger in der Transport- und Mobilitätsbranche vor. Nehmen Sie das Beispiel eines Autos, das 100 Meilen auf unterschiedlichem Gelände gefahren ist. Jedes Gelände hat seine eigenen Straßen, die durch die Art des verwendeten Schotters, Schlaglöcher, Geschwindigkeitsbegrenzungen usw. gekennzeichnet sind. Im Sinne von Fe-Safe hat jedes Gelände seine eigenen variablen Lastsignale im dreidimensionalen Raum.

Für die Ermüdungsanalyse eines solchen Multi-Event-Szenarios war eine in Fe-Safe verfügbare Multi-Block-Lademethode erforderlich. Jeder Block hat seine eigenen variablen Lastsignale, die mit Spannungstensoren einer Einheitslast in den jeweiligen Richtungen verknüpft sind. Diese Blöcke werden übereinander gestapelt. Wenn die Reihenfolge wichtig ist, kann sie in Betracht gezogen werden. Fe-Safe kann die gesamte Ermüdungsdauer des Ereignisses sowie den pro Block verursachten Schaden berechnen, um mehr Einblick in die Schadenszyklen zu erhalten. Im Falle einer Nichtlinearität werden die variablen Lastsignale in jedem Block durch Spannungs-Dehnungs-Datensätze ersetzt.

Fe-Safe ist ein sehr umfassender Ermüdungscode. Es stehen viele erweiterte Belastungsszenarien zur Verfügung, wie z. B. eine Kombination aus hohen und niedrigen Zyklenbelastungen sowie geräusch- und vibrationsbasierte Ermüdung einschließlich PSD.

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