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Cela n’a pas de sens de débattre sur celui qui étire le plus ses muscles et qui risque d’échouer en premier sous l’effet de la fatigue. C'est parce que nous disposons d'une solution FEA de classe mondiale pour le faire à notre place. L’idée derrière la présentation de ces caractères est de réaliser qu’il est difficile de prédire analytiquement l’emplacement et la gravité des dommages en fonction de l’application de la charge. De plus, il existe une infinité de façons d'appliquer les charges dans la vie réelle. Une solution de fatigue robuste doit donc disposer d'une boîte à outils solide pour différents scénarios de chargement.
Appelons ces Hercules M. X, M. Y, M. Z et M. W de gauche à droite. M. X transporte plusieurs charges en même temps tandis que M. Y, M. Z et M. W transportent une seule charge. M. Z se trouve dans une situation unique dans laquelle les charges sont toutes compressées depuis le haut sur une seule main. La douleur de M. W est bien visible sur l'image, et il est rattrapé par les charges appliquées sur ses mains tandis que tous les dégâts se produisent dans le bas du dos. M. X porte la charge la plus lourde, mais il n'est peut-être pas le premier à se fatiguer car les charges sont réparties uniformément sur tout son dos. Plus nous réfléchissons à qui éliminera en premier, plus nous devenons perplexes.
Les ingénieurs qui conçoivent des produits et sont chargés de coller une étiquette de garantie sur leurs produits se trouvent dans une situation similaire, à l'exception de ceux qui utilisent les solutions de durabilité SIMULIA pour l'estimation du cycle de vie et des dommages. Bien qu'il existe de nombreux défis pour réaliser une simulation précise de la durabilité, dans ce blog, nous nous concentrons uniquement sur les différents scénarios de chargement et sur la manière de les capturer dans Fe-Safe.
Différents scénarios de chargement en termes de durabilité
Le scénario de chargement inclut la nature de la charge elle-même et son application. La charge peut être soit une charge à amplitude constante, soit une charge à amplitude variable. Par exemple, la charge générée par le mouvement du vilebrequin est d’amplitude constante, tandis que celle provenant des nids-de-poule sur une route accidentée est une charge d’amplitude variable.
Comme indiqué précédemment, plusieurs charges peuvent agir toutes en même temps, soit au même endroit, soit à plusieurs endroits. Si le modèle est non linéaire, le scénario de chargement doit être abordé dans l'analyse par éléments finis correspondante. Cependant, dans le cas de modèles linéaires, il est logique d'effectuer les FEA de charge unitaire séparément et mettre à l'échelle et combiner les charges pour la durabilité. Fe-Safe a la capacité de combiner des charges provenant de charges individuelles.
Algorithme de flux de pluie: La fatigue est toujours calculée en nombre de cycles car chaque cycle est associé à un dommage qui s'accumule. La grande question est ensuite de savoir comment calculer le nombre de cycles d’une charge à amplitude variable ! Cela semble si bruyant. La réponse réside dans la méthode de comptage Rainflow, éprouvée dans l'industrie, qui permet de calculer le nombre effectif de cycles d'un chargement variable.
De plus, des charges variables inférieures à la limite d’endurance peuvent également provoquer de la fatigue. Fe-Safe répond à ce comportement physique étrange mais réel en modifiant la courbe SN en cas d'amplitude variable. Dans la vie réelle, la plupart des dommages proviennent d'amplitudes de charge inférieures à la limite d'endurance en raison d'une charge à amplitude variable.
Modélisation de durabilité non linéaire dans Fe-Safe
Rappelant qu'il existe trois grands types de non-linéarités : géométrique, matérielle et de contact. Dans aucun de ces cas, l’approche par superposition de charges ne fonctionne pas. Bien que Fe-Safe soit toujours le meilleur candidat du marché pour résoudre les cas de durabilité non linéaire, un solveur FEA non linéaire compétitif est également nécessaire pour obtenir des contraintes correctes. Ce solveur est Abaqus bien sûr.
La situation la plus simple est la géométrie non linéaire comme en grande déformation. Un exemple courant est le déplacement du vilebrequin lors de l'allumage du piston (en supposant qu'il n'y ait pas de fluage ni de fatigue thermique). Dans les grands problèmes de mouvement, la charge unitaire et la superposition ne fonctionnent pas. L’intégralité de l’analyse des contraintes de mouvement doit d’abord être effectuée en FEA non linéaire. Plus tard, Fe-Safe devrait être alimenté avec une séquence d'ensembles de données sur les contraintes.
Le prochain aspect non linéaire est le matériau. La plasticité locale est facile à traiter dans Fe-Safe en utilisant la correction de plasticité de Neuber. Rien ne doit être modifié dans le modèle FEA. La plasticité globale nécessite une définition de matériau non linéaire dans le modèle FEA. Le Fe-Safe nécessite à la fois des entrées de contrainte et de déformation à partir des résultats de l'analyse FEA. Les événements de plasticité complète sont généralement de nature à très faible cycle et de grande amplitude, comme la fatigue thermomécanique et les élastomères.
Chargements multiblocs
De nombreux scénarios de chargement réels sont de nature séquentielle dans lesquels les événements de fatigue s’enchaînent les uns après les autres. C'est plus courant dans le secteur du transport et de la mobilité. Prenons l’exemple d’une voiture parcourue 100 miles sur différents types de terrains. Chaque terrain a ses propres routes caractérisées par le type de gravier utilisé, les nids-de-poule, les ralentisseurs, etc. Dans le sens Fe-Safe, chaque terrain a ses propres signaux de charge variables dans un espace tridimensionnel.
L'analyse de fatigue d'un tel scénario multi-événements a nécessité la méthode de chargement multi-blocs disponible dans Fe-Safe. Chaque bloc possède ses propres signaux de charge variables associés à des tenseurs de contrainte de charge unitaires dans des directions respectives. Ces blocs sont empilés les uns sur les autres. Si le séquençage est important, il peut être envisagé. Fe-Safe peut calculer la durée de vie totale en fatigue de l'événement ainsi que les dommages causés par bloc pour donner plus d'informations sur les cycles dommageables. En cas de non-linéarité, les signaux de charge variables dans chaque bloc sont remplacés par des ensembles de données contrainte-déformation.
Fe-Safe est un code de fatigue très complet. Il existe de nombreux scénarios de chargement avancés disponibles, tels que la combinaison de charges à cycle élevé et faible, la fatigue basée sur le bruit et les vibrations, y compris la PSD.
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