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Simcenter 3D助力全方位高精度耐久性开发
2020-03-28 15:01:32· 来源：Simcenter 3D Online 作者：李建辉
1.概述由于工程上很多构件在使用过程中处于动态承载状态。构件在足够大的高周交变载荷的作用下，可能发生疲劳破坏，但在这种破坏之前，构件往往没有变形征兆，而
1. 概述
由于工程上很多构件在使用过程中处于动态承载状态。构件在足够大的高周交变载荷的作用下，可能发生疲劳破坏，但在这种破坏之前，构件往往没有变形征兆，而是直接形成疲劳初始裂纹。破坏模式具有潜伏性和突发性，因此需要更多的试验进行评估产品耐久性。伴随着全球工业化产品开发进程的加快，许多先进技术应用到新产品研究开发过程当中，CAE技术和虚拟现实的广泛应用，大大缩短了新产品的开发周期，同时也降低产品开发成本，加快新产品投放市场的进程，进而提高产品竞争力和市场占有率。
更短的开发周期和不断增长的质量需求将基于测试的耐久性方法扩展到了极限。其中通过仿真方法对耐久性性能进行评估和改进是一种相对高效的选择。西门子工业软件公司的Simcenter 3D耐久性模块提供最先进的分析方法，并交互式的进行疲劳耐久性分析。消除设计过度和设计不足的部件，保证可靠性的前提下尽量减少质量。同时通过分析关键区域的载荷传递路径，可以改善载荷流以提升可靠性，要比仅在关键区域周围加固要好得多。
2. 工业应用
同大多数仿真一样，Simcenter 3D耐久性模块可以并已经应用到很多工业领域。
2.1. 航空航天和国防
Simcenter 3D 耐久性模块用于预测起落架、控制机构、滑轨和其它关键部件的疲劳寿命，以解决在原型制造之前的耐久性问题。组合所有可能的局部载荷条件来识别局部应力集中，广泛的方法可以定位薄弱点和评估疲劳寿命
2.2. 汽车和运输行业
Simcenter 3D用于对车架、钣金、断面结构、车门及门锁系统，天窗系统和底盘结构进行疲劳寿命评估。Simcenter 3D耐久性模块可以对特定的焊缝和焊点进行高精度分析。先进的数值方法还可以应用于发动机、动力系统部件、齿轮箱和排气管道等。
2.3. 工程机械
在工业应用中，成本效率实现往往取决于关键部件，这些部件通常承受大的动态多轴载荷。在动态循环载荷下任何金属构件都可以得到有效的优化，如Simcenter 3D耐久性模块可以用于评估大型旋转机械转台结构的疲劳寿命。
2.4. 船舶
Simcenter 3D耐久性模块允许对船舶中焊接结构进行耐久性分析。复合材料疲劳分析功能为高端复合材料游艇提供先进的分析手段。
3. Simcenter 3D 耐久性解决方案
Simcenter 3D耐久性解决方案是一个更大的、集成的多学科仿真环境的一部分，Simcenter 3D工程桌面是所有Simcente 3D解决方案前后处理的统一核心。这个集成的环境帮助您实现更快的CAE过程和流畅的多学科仿真。广泛的多学科仿真解决方案可以和耐久性分析进行充分集成，如结构强度分析提供应力应变，运动学和动力学分析提供载荷预测，复合材料非线性行为预测提供刚度和应力更新等
基于Simcenter 3D耐久性分析平台，可以帮助工程师预测疲劳热点和相关部件及子系统的疲劳寿命。它将动态部件载荷、结构有限元模型和材料特性曲线相结合，对部件疲劳耐久性进行全方位的评价和预测，并包含高周疲劳、低周疲劳、焊点和焊缝疲劳、多轴疲劳、振动疲劳等完整方法和分析类型。Simcenter 3D的耐久性后处理模块帮助工程师获得危险区域的反馈，了解疲劳问题的根源，从而快速评价多个设计方案。
Simcenter 3D 软件提供一套独特的工具，支持产品开发的所有阶段进行疲劳设计。这包括面向设计工程师的易于使用的强度和疲劳向导工具，以及面向仿真分析工程师和专家的高级仿真工具，可以基于复杂载荷场景获得疲劳信息，还可包括焊接、新材料和制造过程的影响。
3.1. Simcenter 3D 耐久性向导模块
Simcenter 3D耐久性仿真向导旨在辅助设计工程师快速评估机械部件在循环加载下的疲劳寿命。此解决方案是在用户使用有限元求解器计算出静态加载的应力状态后执行的（软件同时提供应力分析向导）。
3.2. Simcenter 3D 高级耐久性模块
Simcenter 3D 高级耐久性模块可以帮助验证承受简单或复杂载荷的产品在其生命周期中的结构完整性。基于Simcenter Nastran、 Simcenter 3D response dynamic、MSC Nastran、 ANSYS和Abaqus等应力分析结果，仿真分析师可以进行深入的疲劳分析和寿命计算，以帮助他们确定产品的耐久性。用户可以选择多种寿命准则，可以考虑平均应力效应、缺口效应、硬化效应和双轴效应等。最终获得疲劳和强度安全系数、疲劳寿命和损伤结果。
3.3. Simcenter 3D 专家级耐久性模块
Simcenter 3D专家级耐久性模块提供了更为丰富和直观的工具集进行建模、分析和后处理。它支持基于多种有限元和载荷历程建立复杂的耐久性场景，提供更多的参数配置。也可以按照用户的流程标准配置企业级和用户级分析模板。
Simcenter 3D专家级耐久性模块提供了很好的振动疲劳分析功能，支持随机振动和谐波振动疲劳。独特的振动分析及随机振动疲劳分析功能轻松应用于多轴、多工况和大结构的模型。
Simcenter 3D专家级耐久性模块允许设置和进行特殊焊点和焊缝的分析，焊接可以来自Simcenter 3D建模的连接，xMCF格式中定义，或在现有网格中自动检测。焊接分析和常规分析可以在同一个分析中进行。软件支持多种精度的焊接分析方法和开放的焊接模型库。
Simcenter 3D专家级耐久性模块为短纤维和连续性纤维复合材料提供一种独特的方法。在复杂载荷作用下的疲劳寿命综合考虑了刚度衰减和应力重分布。新技术开发也减少了基础参数测试的工作量。
Simcenter 3D Motion（多体动力学）求解器进行的载荷预测和疲劳求解器的效率和精度结合，可以在多体分析中使用柔性体来改善应力预测，并无缝地用于耐久性分析。多种疲劳评估方法和智能的后处理有助于直接在系统级上改善疲劳性能。
Simcenter 3D专家级求解器可以在同一台计算机上运行，也可以在批处理模式下独立运行。它提供了所有标准的耐久性方法，且对用户定义的疲劳方法具有独特的开放性，因此很容易对任何疲劳方法进行扩展。
4. 总结
Simcenter 3D可以帮助用户探索多种设计选项，优化强度和疲劳性能，基于真实载荷快速准确地进行疲劳寿命预测，针对各种工业领域的关键部件获得深刻的耐久性见解和快速的反馈。Simcenter 3D可准确模拟复杂焊接接头的耐久性能，通过载荷传递路径方法预测组件载荷并优化系统级疲劳性能，在精确的疲劳分析方法中考虑新材料和制造工艺影响。
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