Fe-safe軟件功能介紹

2017-07-05  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

一、SIMILIA FE-SAFE介紹

Fe-safe是世界上最先進的高級疲勞耐久性分析軟件,是基于有限元模型的疲勞壽命分析軟件包。由英國 Safe Technology 公司開發和維護。2013年被Dassault Systemes收購,作為達索Simulia品牌下的疲勞耐久性分析軟件系統。

Safe Technology是設計和開發耐久性分析軟件的技術領導者,在軟件開發過程中,進行了大量材料和實際結構件的試驗驗證。在多軸疲勞耐久性分析產品和服務中,Fe-safe是旗艦性的產品。新版本中,引入了超過100項功能的改進,保持了最高級耐久性分析軟件的領軍地位,分析速度有了顯著的提高,并且添加了很多新特征和一些獨特的功能,使功能更強大。用戶界面的改進,使得Fe-safe更容易使用。

二、SIMILIA FE-SAFE模塊介紹

SIMULIAfe-safe高級疲勞分析軟件包包含如下模塊:

1.SIMULIAfe-safe(基礎疲勞分析包):

工業行業給制造商施加越來越大的壓力,要求其使用更少的材料,提供輕量級但更強勁的組件,降低維護成本和召回成本,用更少的時間。

許多公司使用先進的有限元分析計算設計壓力,但疲勞分析往往仍然通過電子表格分析方式,人工采集的應力。由于非常容易錯過失效位置,這種方式耗時和不可靠的。實驗室中針對原型機的結構組件疲勞測試亦非常的耗時。如果原型機過早失效,則一種昂貴的、設計-測試-再設計的開放式循環是必要的。項目時間節點和交付就會延遲。

采用fe-safe作為用戶設計過程的集成組件,可以使用戶具備:

--優化設計,采用更少的材料;

--減少產品召回和保修成本;

--優化和驗證設計和測試項目;

--在單一用戶界面,提高相關性測試和分析;

--減少原型樣機測試時間;

--縮短分析時間,從而減少人工時間;

--增加用戶信心,用戶產品設計一次性通過測試時間表。

fe-safe幫助用戶解決一下問題:

(1)結構組件的疲勞壽命;

(2)裂紋擴展與否;

(3)材料的優化,哪些材料可以保留,哪些額外的材料需要添加;

(4)設計的可靠性;

(5)哪些載荷引起疲勞損傷;

(6)導致疲勞裂紋的原因是什么?

fe-safe在交通工具、石油管道、車輛工程、能源、重型機械等各工業行業都有相關的應用,相關案例如:

1、某樣機后縱臂鏈接焊點的疲勞分析

2、管道架懸掛組件的疲勞分析

3、柴油機活塞的疲勞裂紋

4、某型增壓器扭轉隔離器彈簧的疲勞分析

2.SIMULIAFe-safe/Composites(復合材料疲勞分析包)

是用來評估復合材料疲勞分析的軟件包。簡單的負載狀態導致單個復合成分的復雜行為,使得預測復合材料的疲勞壽命具有非常大的挑戰性。此外,頻率和加載歷史影響的處理只能采用基于物理理論方法。SIMULIAFe-safe/Composites通過結合Multicontinuum理論和運動學理論滿足這些挑戰,在復合材料結構疲勞壽命預測方面有強大的能力。其特點如下:

--能夠預測疲勞失效的產生;

--提供復合材料模擬:室溫下的碳纖維與玻璃纖維復合材料、高溫下的碳纖維復合材料;

--利用 Helius:Material Manager可以描述其他的復合材料特性;

--集成現有結構有限元軟件;

--只需最少的材料特性:標準的靜態失效強度、最少的疲勞數據;

--基于以下物理本質及理論:復合材料特性同組成材料屬性相關聯、可用于預測未提供具體屬性的復合材料行為、支持多軸載荷加載、考慮了加載頻率的影響。

3.SIMULIAfe-safe/Rotate(旋轉對稱結構疲勞分析包)

利用結構的軸對稱性,提高了旋轉部件的疲勞分析效率, 可以自動產生一系列不同旋轉角度上的應力結果,一次靜力計算可以用來定義一個循環的疲勞載荷譜。有限元計算結果文件更小,求解規模降低。該模塊支持完整模型、一半模型和奇、偶對稱的扇區模型,是計算車輪、齒輪等此類旋轉對稱結構疲勞問題的理想選擇。

--只需一個靜態有限元分析就可定義一個旋轉周期的疲勞;

--以一個載荷步為基礎,fe-safe/Rotate產生一系列的額外應力結果,就像該模型被旋轉一樣;

--高效分析對稱模型問題: 軸對稱問題:車輪、齒輪、軸承、軸等;部分軸對稱問題:凸輪輪軸、曲軸法蘭等

4.SIMULIAfe-safe/ Rubber(橡膠材料疲勞分析包)

是用來評估橡膠材料疲勞分析的高級軟件包。功能如下:

--SIMULIAfe-safe/Rubber評估橡膠部件的疲勞壽命。基于有限元分析計算出的機械工作周期和橡膠的材料性質的規范,計算在某個位置產生組件小裂紋所需要的工作周期的重復次數;

--工作周期來自于有限元模型,即一個時域信號指定應變張量的分量。在計算每個單元的疲勞壽命后,從SIMULIAfe-safe/Rubber結果可能顯現為彩色輪廓呈現裂縫的地方將啟動關鍵位置;

--SIMULIAfe-safe/Rubber的功能是專門為有限應變開發臨界平面算法。該算法準確地說明了裂紋閉合和多軸載荷的影響。它還具有雨流計數程序的功能,識別和積累每個事件在工作周期內的損傷影響。SIMULIAFe-safe/Rubber?提供了一個非線性材料模型的選擇,使橡膠組件的行為得到準確地描述,并為一些常用的彈性體類型材料的準備隨時可以調用的數據庫。

5.SIMULIAfe-safe/TMF (熱-結構疲勞分析包)

可以在考慮多重影響的基礎上快速精確的進行結構疲勞壽命分析。可以考慮的影響包括應變率和瞬態溫度對循環應力-應變響應的影響,瞬態溫度對應變-壽命曲線的影響,體積應力放寬和應變老化對疲勞強度的影響等。該模塊是計算活塞、排氣管和缸蓋等此類結構疲勞問題的理想選擇。主要客戶有 Perkins Engines, Caterpillar and Arvin Meritor 等。

當存在應力和溫度波動時,產生熱-結構疲勞。

--包含時間相關的熱-結構疲勞效應(應變率、相位關系、浸濕以及應力松弛等)

--相比傳統方法可以得到更可靠和準確的疲勞結果

--支持主應變以及鑄鐵算法

--允許高頻機械載荷循環疊加在熱載荷循環上

6.SIMULIAfe-safe/TURBOlife(蠕變疲勞分析包)

是用來評估蠕變損傷、疲勞損傷和蠕變-疲勞損傷的,是一個功能強大、全面并且易于掌握的蠕變-疲勞分析模塊,跟Abaqus軟件有直接接口,而且提供了一套完整的材料數據庫,用戶亦可根據需要添加自己的材料數據。蠕變-疲勞算法已成功的應用于核電站部件、電站鍋爐、燃氣渦輪葉片、汽輪機部件、汽車零部件以及渦輪增壓器葉輪的疲勞分析中。

針對蠕變和蠕變疲勞交互作用,提供獨一無二的高級疲勞分析解決方案。

--應用于疲勞損傷和蠕變破壞相互作用導致部件壽命縮短的情況;

--可判斷疲勞或者蠕變哪一個才是主導的破壞機制,進而可以關注主要破壞機制并開展重新設計。

7.SIMULIAfe-safeTrueLoad Standalone(測試真實數據疲勞分析包)

SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone是一個利用測試真實應力應變數據來進行疲勞分析的軟件包。是和Wolf Star Technologies公司聯合開發的,提供了測試實驗和有限元結合的獨特的疲勞軟件解決方案,無縫集成到有限元分析環境,作為一種獨特的提供相關的應變有限元分析載荷計算工具。具有以下功能特點:

--SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone通過耦合有限元分析與實驗應變,提供獨一無二的能力加深對整個加載過程的理解;

--對于執行任何疲勞計算,載荷測量是形成分析誤差的最大來源。到現在為止,載荷仍然是要提供的最難測量數據。傳統的測量,通常不與有限元分析模型關聯,因此在進行設計和開發迭代周期時,浪費時間和金錢;

--SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone將基于有限元分析模型確定最優計量的位置。一旦應變在這些最佳計量的位置被收集到,應變數據被讀入到軟件計算載荷時間歷程,通常所測量的應變匹配到2%誤差以內在每個時間點;

--隨著SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone詢問模型中應變的任何一點,應力或位移是很簡單的互動。通常需要幾分鐘來確定應變計量布置和幾分鐘到后臺計算進行訪問。一旦SIMULIAfe-safeTureLoad Standalone已計算出的載荷分布、比例并且結合疲勞事件的定義。用戶只需要疲勞材料分配到的FEA模型中感興趣的區域;

Abaqus CAE插件使得Abaqus結果和加載數據可以無縫集成至Fe-safe。

8.SIMULIA Verity Module infe-safe(焊接疲勞分析包)

Verity是由Safe Technology和Battelle合作開發的對于網格不敏感的結構應力法(SSM),使用此方法工程師可以預測焊點和焊接結構的破壞位置,計算疲勞壽命。無論是點焊、線焊還是焊球,還是復雜載荷加載或者多軸疲勞問題,Verity都可以快速準確的給出壽命預測結果,同時也可以避免重復大量的試驗,降低企業的試驗和生產成本。

針對焊點分析問題Verityinfe-safe提供網格和載荷不敏感方法

1.基于由節點力計算得到的等效結構應力;

2.適用于于所有類型的焊接,所有類型的載荷,任意板的厚度;

3.無需用戶做任何判斷,避免了主觀性,增加了可靠性與準確度;

三、SIMILIA FE-SAFE特色功能

--擁有基于應力應變測試信號的疲勞分析技術;

--支持彈性、塑性,單軸、多軸的應力和局部應變全面疲勞算法;

--豐富的材料疲勞數據庫;

--支持各種載荷輸入文件格式,并對載荷信號進行分析處理;

--概率疲勞計算載荷與材料服從某種概率分布時,在一定設計壽命下結構的生存概率;

--可以構造復雜的疲勞載荷譜;

--生成豐富的疲勞計算結果;

--界面操作易學易用;

--豐富的CAE接口: Abaqus, Ansys, Nastran, I-deas, Hypermesh, Pro/E Mechanical;

--SIMULIAfe-safe/Rubber作為獨特的、唯一的針對彈性合成橡膠材料的疲勞分析的市場化的軟件,在橡膠疲勞分析方面提供了良好的工具;

--SIMULIAfe-safe獨有的Verity高級焊接疲勞分析能力;

--針對蠕變和蠕變疲勞交互作用,fe-safe提供獨一無二的高級疲勞分析解決方案;

--fe-safe提供了測試實驗和有限元結合的獨特的疲勞軟件解決方案,無縫集成到有限元分析環境,作為一種獨特的提供相關的應變有限元分析載荷計算工具,即SIMULIAfe-safeTrueLoad Standalone測試真實數據疲勞分析包。

四、SIMILIA FE-SAFE 材料數據庫管理系統

SIMULIAfe-safe提供了一套全面的材料疲勞特性數據庫和數據庫管理系統,含有上百種常用的鋼、鋁等合金材料的疲勞數據,用戶可以根據需要擴充和修改該數據庫。

用戶可以查詢數據庫中的內容,并可對其進行編輯。同時可以設置數據庫的訪問與修改權限。

利用內置的Netscape link可以訪問實驗報告及北京數據;在啟動疲勞分析時,可自動訪問材料數據庫,讀入材料數據;用戶數據也可通過用戶界面直接輸入。

SIMULIAfe-safe還可以繪制材料數據的多種類型曲線。在數據庫中含有Seeger材料近似算法,允許利用材料的抗拉強度(UTS)和彈性模量生成近似的材料疲勞數據,生成的數據可以指定某一數據集并存取數據庫中。

五、SIMILIA FE-SAFE 疲勞分析功能

--SIMULIAfe-safe可定義載荷時間歷程,用于一組有限元分析應力結果;

--能有效地處理有限元分析的彈性應力結果和彈塑性應力結果,可組合多個載荷的時間歷程。迭加多軸加載的時間歷程,從而在,模型每個位置上都產生一個應力張量的時間歷程;

--可進行序列工況的疲勞分析,數據集序列可以使一個瞬態分析結果,也可以通過一系列離散事件來生成;

--可對復雜的塊數據載荷進行分析,對于每個載荷條件,生成一個載荷的有限元結果數據集的循環快;

--還可對載荷歷程和序列載荷進行組合使用;

--定義載荷文件,其中可包含一系列載荷塊,每個載荷塊又可定義一系列的載荷歷程和序列載荷數據組合。而序列載荷數據是隨著時間變化載荷而引起的應力數據的變化;

--可利用應力-壽命曲線、應變-壽命曲線、局部應力-應變分析進行單軸和多軸疲勞分析,有多重平均應力修正,也可采用用戶定義的平均應力修正;

--定義載荷時間歷程是,加載文件中的載荷條件可存儲為一下格式的文件,以方便地與其他各個軟件進行數據交換。準備單通道和多通道載荷歷程,對載荷進行比例縮放,考慮峰/谷值而忽略循環。SIMULIAfe-safe可采用多達4096個通道載荷;

--SIMULIAfe-safe中疲勞分析載信號處理,可采用雨流計數法;

--SIMULIAfe-safe中疲勞測試信號可進行幅值分析和頻率分析處理。過濾掉小的載荷循環;

--可根據功率譜密度數據進行振動疲勞分析,不同頻率和幅值的信號可進行疊加;

--可考慮殘余應力的影響,能使用BS7608標準的應力-壽命數據進行焊接結構分析;

--由于鑄鐵中石墨的影響,材料拉-壓應力應變呈現非對稱,SIMULIAfe-safe提供專門手段對鑄鐵(包括灰口鐵)進行疲勞分析;

--可計算微振磨損疲勞壽命;

--可以快速計算高溫疲勞;

--可考慮蠕變對疲勞的影響(應力應變與應變率和瞬時溫度相關);

--可以考慮機械加工及裝配應力對結構壽命的影響;

--可以針對整個模型,也可以針對一組單元進行疲勞分析。可方便地對整個模型或者選擇的區域進行再設計和假設分析,從而觀察從非關鍵區域去掉金屬材料的效果,以及增加“熱點”位置的疲勞壽命;

--可考慮表面光潔度影響、幾何變化與缺口敏感性影響以及材料特性變化效應和不同載荷組合歷史的影響。不用的材料數據和應力集中系數可以用于每個單元組(允許在同一個部件上有機械加工面和鍛造面)

--SIMULIAfe-safe能夠疲勞失效率的統計分析;

--可根據指定的設計壽命,計算出各個節點將達到相應設計壽命的安全系數;

--可支持批處理和命令行功能;

--提供了方便的工具繪制材料數據和載荷歷程;

--可計算出在指定壽命內,模型上各部分不會破壞的可能性;

--可從模型上一系列的載荷中找出對疲勞壽命影響最大的載荷;

--根據載荷情況和材料數據自動選擇最適合的疲勞分析方法。

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