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この中で誰が最も筋肉を伸ばしているのか、誰が疲労で最初に失敗する可能性が高いのかを議論するのは意味がありません。 それは、当社にはそれを実現する世界クラスの FEA ソリューションがあるからです。 これらの文字を表示する背後にある考え方は、荷重の適用に基づいて損傷の位置と重大度を分析的に予測するのは困難であることを認識することです。 さらに、実際には荷重を加える方法は無限にある可能性があるため、堅牢な疲労ソリューションには、さまざまな荷重シナリオに対応する強力なツールボックスが必要です。
このヘラクレスを、左から右に X 氏、Y 氏、Z 氏、W 氏と呼びましょう。 X さんは同時に複数の荷物を運んでいますが、Y さん、Z さん、W さんは 1 つの荷物を運んでいます。 Z さんは、片手ですべての荷重が上から圧縮されるという特殊な状況にあります。 Wさんの痛みは画像からもよく伝わってきて、手には負荷がかかり、ダメージはすべて腰に起きています。 X さんは最も重い荷物を背負っていますが、荷物が背中全体に均等に分散されているため、最初に疲労する人ではない可能性があります。 誰が最初にノックアウトするか考えれば考えるほど、私たちは困惑してしまいます。
製品を設計し、製品に保証ラベルを貼る責任を負うエンジニアも、ライフサイクルと損傷の推定に SIMULIA 耐久性ソリューションを使用するエンジニアを除いて、同様の状況にあります。 正確な耐久性シミュレーションを実行するには多くの課題がありますが、このブログでは、さまざまな荷重シナリオと、それらを Fe-Safe でキャプチャする方法にのみ焦点を当てています。
耐久性におけるさまざまな負荷シナリオ
荷重シナリオには、荷重自体の性質とその用途が含まれます。 負荷は、定振幅負荷または可変振幅負荷のいずれかになります。 例えば、クランクシャフトの運動によって発生する荷重は定振幅荷重ですが、悪路の穴などから発生する荷重は変動振幅荷重です。
前に説明したように、同じ場所または複数の場所で、いくつかの負荷がすべて同時に動作する可能性があります。 モデルが非線形の場合、対応する有限要素解析で荷重シナリオに対処する必要があります。 ただし、線形モデルの場合は、単位負荷 FEA を個別に実行することが合理的です。 拡大縮小して結合する 耐久性のための負荷。 Fe-Safe には、個々の負荷からの負荷を結合する機能があります。
レインフローアルゴリズム: 各サイクルには蓄積されるダメージが関連付けられているため、疲労は常にサイクル数で計算されます。 次の大きな問題は、可変振幅負荷のサイクル数をどのように計算するかです。 とても騒がしいようです。 その答えは、業界で実証済みの、可変負荷の有効サイクル数を計算できるレインフロー計数法です。
さらに、耐久限界未満の変動負荷も疲労を引き起こす可能性があります。 Fe-Safe は、振幅が可変の場合に SN 曲線を変更することで、この奇妙な、しかし実際の物理的動作に対処します。 実際には、ほとんどの損傷は、振幅負荷が変化するため、耐久限界を下回る負荷振幅から発生します。
Fe-Safe での非線形耐久性モデリング
非線形性には、幾何学的、材料、接触の 3 つの大きなタイプがあることを思い出してください。 これらのいずれの場合でも、荷重の重ね合わせアプローチは機能しません。 Fe-Safe は依然として非線形耐久性のケースに対処する市場での最良の候補ですが、正確な応力を取得するには、競争力のある非線形 FEA ソルバーも必要です。 そのソルバーは アバクス もちろん。
最も単純な状況は、大きな変形のような非線形ジオメトリです。 一般的な例は、ピストンの発火によるクランクシャフトの動きです (クリープや熱疲労がないことを前提としています)。 大きな動作の問題では、ユニットの荷重と重ね合わせが機能しません。 動作応力解析全体は、最初に非線形 FEA で実行する必要があります。 その後、Fe-Safe に一連の応力データセットを入力する必要があります。
次の非線形の側面はマテリアルです。 局所的な可塑性は、Neuber の可塑性補正を使用して Fe-Safe で簡単に対処できます。 FEA モデルでは何も変更する必要はありません。 グローバルな可塑性には、FEA モデルでの非線形材料の定義が必要です。 Fe-Safe には、FEA 解析結果からの応力とひずみの両方の入力が必要です。 完全な塑性イベントは、通常、熱機械疲労やエラストマー疲労など、非常に低いサイクルと高い振幅の性質を持っています。
マルチブロックローディング
実際の負荷シナリオの多くは、疲労イベントが次々に連鎖する本質的に連続的なものです。 これは運輸およびモビリティ業界でより一般的です。 さまざまな種類の地形を 160 マイル走行した車を例に考えてみましょう。 各地形には、使用される砂利の種類、ポットホール、スピードブレーカーなどによって特徴付けられる独自の道路があります。Fe-Safe の意味では、各地形は 3 次元空間内に独自の可変荷重信号を持ちます。
このようなマルチイベントシナリオの疲労解析には、Fe-Safe で利用可能なマルチブロック荷重手法が必要でした。 各ブロックには、それぞれの方向の単位荷重応力テンソルに関連付けられた独自の可変荷重信号があります。 これらのブロックは上下に積み重ねられます。 順序付けが重要な場合は、それを考慮することができます。 Fe-Safe は、イベントの総疲労寿命とブロックごとに与えられたダメージを計算して、損傷サイクルについてのさらなる洞察を得ることができます。 非線形性の場合、各ブロックの可変荷重信号は応力-ひずみデータセットに置き換えられます。
Fe-Safe は、非常に包括的な疲労コードです。 高サイクル負荷と低サイクル負荷の組み合わせ、PSD を含む騒音および振動ベースの疲労など、多くの高度な負荷シナリオが利用可能です。
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