疲労解析モジュール

応力およびひずみに基づくモデル

多軸の場合, 最も一般的に用いられる疲労基準の多くは, 疲労計算に臨界面法を採用しています. この手法では, ある応力またはひずみの式が最大となる面を特定します. 疲労モデルによって使用される応力またはひずみの式は異なり, 疲労解析モジュールでは, 応力ベースおよびひずみベースの両方のモデルが提供されています.

塑性ひずみが無視できる高サイクル疲労領域では, 応力ベースのモデル (Findley, Normal stress, Matake, Dang Van) を使用して, 疲労限界と比較する疲労使用率を計算します.

塑性ひずみが無視できなくなった場合, ひずみベースのモデルが利用できます. このモデルでは, ひずみ式, または応力とひずみを組み合わせた式を使用して, 疲労破壊までのサイクル数を計算します. Smith-Watson-Topper (SWT) モデル, Fatemi-Socieモデル, Wang-Brownモデルは, 一般的に低サイクル疲労の状況に関連しています.

累積損傷モデル

負荷サイクルが一定でない場合, 負荷は単一の一定応力サイクルではなく, 完全な応力履歴によって記述されます. 累積損傷 機能を使用して, 変動荷重またはランダム荷重を受ける構造体の疲労を評価することができます. この場合, 対応する応力はレインフローカウントを使用してビン化されます. 応力分布がわかると, Palmgren-Miner 線形損傷規則を使用して, S-N 曲線を使用して累積損傷を計算します. 結果は, 負荷サイクルがどの程度疲労限界に近いかを示す使用率, 適用された負荷の応力レベル分布を示すカウントされた応力サイクル, および各応力レベルからの全体の疲労使用に対する寄与を示す相対使用率です. マトリックスヒストグラムプロットは, カウントされたストレスサイクルと相対的な疲労使用率を可視化するために使用することができます.

振動疲労

構造物が振動を受けると, 疲労が発生することがあります. 振動は, 決定論的プロセスとランダムプロセスに大別されます. 疲労解析モジュールには, それに応じて疲労を評価する機能があります.

高調波振動疲労解析は, 周波数領域スイープの結果に基づいています. ここでは, 周波数履歴として, 例えば各周波数での滞在時間や周波数の時間変化率などが追加で指定されます. その結果として得られる使用率は, 周波数スイープにおける各サイクルによって、疲労寿命のどの程度消費されたかを示す指標となります.

ランダム振動疲労解析は, 負荷が PSD で表されるランダム振動解析の結果に基づいています. 疲労 インターフェースの ランダム振動 機能は, 任意の線形応力測定を定義するために使用でき, PSD 応答から発せられるいくつかの異なる結果を提供します. これらの結果は, 疲労破壊のリスクに関して, 構造を評価するのに役立ちます.

応力およびひずみ寿命モデル

疲労解析モジュールの応力 - 寿命およびひずみ - 寿命モデルは, 応力またはひずみの振幅が疲労曲線を介して疲労寿命に関連するメソッドのコレクションを提供します. これらのモデルは, たとえば, 単一の荷重が2つの値の間で振動する場合の比例荷重に適しています. 高サイクル疲労をシミュレートするために, モジュールには S-N 曲線, Basquin, 近似 S-N 曲線 の応力-寿命モデルが含まれています. 低疲労レジームでは, E-N 曲線, Coffin-Manson, Basquin および Coffin-Manson ひずみ寿命モデルが利用可能です.

エネルギーベースモデル

疲労解析モジュールには, 2つのエネルギーベースのモデルが含まれています. Morrow と Darveaux は, 応力とひずみの効果を, 負荷サイクル中に放出または消滅するエネルギーに結合するために使用されます.

これらのモデルは通常, 低サイクル疲労領域の非線形材料を含むアプリケーションに適しています. エネルギーはさまざまな方法で計算できるため, これらのモデルは比例負荷と非比例負荷の両方で使用することができます.

エネルギーベースのモデルは, 散逸エネルギーに依存します. エネルギー散逸とは, 材料によってエネルギーが消費され, 元に戻らなくなることを意味します. この挙動は非弾性材料が示すもので, 疲労解析モジュールと 非線形構造材料モジュール または ジオメカニクスモジュール を組み合わせてモデル化することができます.

マルチフィジックスによる拡張解析

温度変化による材料の膨張や収縮は, 応力集中やひずみ蓄積を引き起こし, 破壊につながる可能性があります. 熱疲労破壊は, いくつかの疲労解析モデルを使用して評価することができます. 非線形材料では, Coffin-Manson モデル, エネルギーベースの Morrow および Darveaux の関係などがあります. 非弾性ひずみまたは散逸エネルギーに関する利用可能なオプションに加え, 疲労評価モデルは, 疲労計算時にひずみまたはエネルギー表現を評価するようにユーザーによって変更することができます.

Neuber の法則や Hoffmann-Seeger 法を使用して, 塑性の影響を近似することで, 迅速な線形弾性シミュレーションを行うことができます. 非線形構造材料モジュールと組み合わせると, 完全な弾塑性疲労サイクルを考慮することが可能です.

マルチボディシステムおよび固体ローターの疲労リスクを計算するには, 疲労解析モジュールを マルチボディダイナミクスモジュール と ローターダイナミクスモジュール を組み合わせて使用することができます.