UM Durability

UM Durability

疲劳分析模块

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UM ICON.gif 模块简介

UM Durability 模块是专业的疲劳耐久性 CAE 分析工具,它基于 UM FEM刚柔耦合动力学计算的结果进行应力载荷谱分析和疲劳寿命预测。其中,柔性体通过外部有限元软件导入(目前支持 ANSYS 和 MSC.NASTRAN),刚柔耦合系统的动力学计算和疲劳后处理都在 UM 软件里完成。

首先,采用模态综合法将构件的柔性特性(包括模态振型和应力张量)从有限元软件导入 UM,构成所需的刚柔耦合动力系统。其次,在 UM 里设置好一个或多个仿真工况,计算得到一系列有限元节点的应力时程数据。最后,根据材料的疲劳强度特性进行疲劳寿命预测。

疲劳耐久性分析有如下三个关键输入:

  • 应力载荷数据:节点应力时程;

  • 材料数据:材料在不同应力水平的循环载荷作用下的反应;

  • 疲劳耐久性分析方法。

由于从有限元软件导入 UM 的柔性体模型包含完整的单元和节点信息,根据模态综合法理论可以直接求得节点在任意时刻的位移和应力。只要选取足够的、合理的有限阶模态,就能快速地获得比较精确的响应。

在计算柔性体的弹性变形时采用模态叠加的方法,即可以通过一组模态振型的线性组合得到最终结果。显然,只需要乘以适当的系数,就能将这种方法拓展到应力的计算。这种系数,又称模态坐标,可以用来表征柔性体的瞬时应力状态。试想,在动力学计算的每一步,对每一个有限元节点都执行模态叠加计算,那么就可以获得整个时间历程上的节点位移和应力曲线。

使用 UM FEM 模块进行动力学计算时可以自动保存所有的模态坐标时程。UM Durability 利用模态坐标时程数据和完整的节点信息(模态文件),可以快速获得每个节点的应力时程。然后,采用雨流计数法统计应力循环次数,最后根据 S-N 曲线等方法评估寿命。

仿真流程如下图所示:

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UM Durability: Workflow


示例:机车和长轴距平车构架的耐久性分析

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bogie_3.png

Locomotive bogie
Maximal stress amplitudes distributions for locomotive bogie frame

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Long-wheelbase flatcar stress loading analysis: simulation of movement of a platform with one 40-foot container in tangent with various speedsLong-wheelbase flatcar stress loading analysis: simulation of movement of a platform with one 40-foot container in tangent with various speeds