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Zusammenfassung
In diesem Blog werden wir die Bedeutung von Ansys nCode bei der Analyse der durch zufällige Schwingungen verursachten Ermüdung untersuchen. Wir erfahren, wie nCode bei der Korrektur der mittleren Spannung und der Vorhersage der Lebensdauer und Haltbarkeit von Strukturen hilft, die zufälligen Schwingungen ausgesetzt sind.
Was ist die Ermüdungslebensdauer und wie wirkt sich die mittlere Spannung auf die Ermüdungslebensdauer aus?
Ermüdungslebensdauer bezieht sich auf die Anzahl der Zyklen, die eine Struktur aushalten kann, bevor sie bei wiederholter Belastung versagt. Sie ist eine wichtige Überlegung bei der Konstruktion, insbesondere bei Strukturen, die zufälligen Vibrationen ausgesetzt sind.
Ermüdungsschädenist die Anhäufung von mikroskopischen Rissen und Verformungen in einer Struktur, die durch zyklische Belastung verursacht werden. Diese kleinen Schäden können allmählich wachsen und zu einem katastrophalen Versagen führen, wenn sie nicht richtig behandelt werden.
Das Verständnis der Ermüdungslebensdauer und der Ermüdungsschäden ist für die Vorhersage der Lebensdauer und Haltbarkeit von Strukturen unerlässlich. Ansys nCode bietet Werkzeuge und Methoden zur genauen Bewertung und Vorhersage dieser Faktoren, die es Ingenieuren ermöglichen, ihre Konstruktionen zu optimieren und eine langfristige strukturelle Integrität zu gewährleisten.
Mittlere Spannung bezieht sich auf die durchschnittliche Spannung, die eine Struktur während der zyklischen Belastung erfährt. Sie spielt eine wichtige Rolle für die Ermüdungslebensdauer, da sie das Wachstum und die Ausbreitung von Ermüdungsrissen erheblich beeinflussen kann. Ermüdungsschäden werden in erster Linie durch den Wechselspannungsbereich gesteuert, aber auch die mittlere Spannung während des Spannungszyklus kann sich auf Ermüdungsschäden auswirken.
Hohe mittlere Zugspannungen können Ermüdungsschäden beschleunigen und die Gesamtlebensdauer einer Struktur verringern. Andererseits können Korrekturen der mittleren Spannungen dazu beitragen, die negativen Auswirkungen der mittleren Spannungen einzubeziehen und so die Genauigkeit der Ergebnisse zu verbessern.
Ansys nCode bietet fortschrittliche Verfahren zur Korrektur mittlerer Spannungen, die es Ingenieuren ermöglichen, die Auswirkungen mittlerer Spannungen auf die Ermüdungslebensdauer zu berücksichtigen.
Ansys nCode DesignLife und Ermüdungsanalyse bei zufälligen Schwingungen
Abbildung 1: Schema des Projekts
Um Ansys nCode DesignLife zu aktivieren und seine Methoden zur Korrektur der mittleren Spannung für die Analyse der Ermüdung durch zufällige Schwingungen zu nutzen, werden wir mit den folgenden Schritten fortfahren, die im Folgenden beschrieben werden. Zusätzlich kann das Projektschema in Abbildung 1 eingesehen werden.
- Zunächst wird eine statische Strukturanalyse erstellt, bei der die mittlere Spannung angewendet wird. Dadurch können wir den Einfluss der mittleren Spannung auf die Ermüdungslebensdauer berücksichtigen.
- Als nächstes wird eine Modalanalyse der Vorspannung durchgeführt, um Steifigkeitsänderungen in den Strukturen zu berücksichtigen und die Verwendung der Modalüberlagerungsmethode für unsere lineare dynamische Analyse zu ermöglichen.
- Um die Frequenzantwortfunktion (FRF) aus komplexen Spannungen zu erhalten, wird eine harmonische Analyse mit einer Einheitsanregung über den interessierenden Frequenzbereich gelöst.
- Es ist wichtig, sicherzustellen, dass die Belastung mit den PSD-Spektren übereinstimmt. In unserem Fall werden die PSD-Spektren in G^2/Hz gemessen, und die harmonische Belastung wird auf 1g gesetzt.
- Schließlich wird die nCode DesignLife-Software eingerichtet, die die .rst-Dateien aus der harmonischen Analyse verwendet und die PSD-Belastung dem System zuordnet, um das Ergebnis der zufälligen Schwingungen und der Ermüdung zu berechnen.
Abbildung 2: Analyseeinstellungen von DesignLife
Der erste Schritt bei der Einrichtung der Analyse besteht darin, die Methode zur Korrektur der mittleren Spannung festzulegen (siehe Abbildung 2). Es gibt zwei Hauptmethoden zur Berücksichtigung des Effekts der mittleren Spannung:
1. Verwendung verschiedener S-N-Kurven aus Testdaten, die mit unterschiedlichen mittleren Spannungswerten entwickelt wurden. Wenn die tatsächliche mittlere Spannung zwischen diesen Kurven liegt, werden die Ergebnisse interpoliert. Sie basiert auf dem R-Ratio oder dem mittleren Spannungsniveau
2. Anpassung des Wechselspannungsbereichs unter Verwendung einer Theorie zur Korrektur der mittleren Spannung. Die am häufigsten verwendeten Theorien für SN-Ermüdung sind Goodman und Gerber. Es ist wichtig, dass die S-N-Testdaten eine Kurve enthalten, die ohne mittlere Spannung (R = -1) entwickelt wurde.
Abbildung 3: Einbeziehung des Ergebnisses der statischen Strukturanalyse als mittlere Spannung
Ein weiterer wichtiger Schritt, den wir in unsere nCode DesignLife-Analyse aufnehmen müssen, ist die Einstellung der Option Statische Lastfallumgebung. Indem wir die statische Umgebung auswählen, können wir ihre Ergebnisse als mittlere Spannung für die Ermüdungsberechnung berücksichtigen, wie in Abbildung 3 gezeigt. Die aus dem statischen Offset-Lastfall extrahierte mittlere Spannung wird also verwendet, um den Mittelwert aller Zyklen in der vorhergesagten Rainflow-Anzahl zu verschieben.
Sie können wertvolle Einblicke gewinnen, indem Sie sich das unten stehende Lehrvideo ansehen, das Sie durch den Prozess der Verwendung von Ansys nCode DesignLife zur Analyse der Auswirkungen der mittleren Spannung auf eine Struktur unter zufälliger Schwingungsbelastung führt.
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