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一文讓你了解從載荷譜采集到疲勞仿真全過程！

2019-08-29 12:41:58·  來源：CAE學(xué)習(xí)之家  作者：康濤  
　
最近有朋友問，再發(fā)一遍。當(dāng)然由于技術(shù)水平原因，多有不足之處，歡迎探討。中小制造企業(yè)的免費(fèi)技術(shù)咨詢與技術(shù)服務(wù)（項(xiàng)目）依舊有效。疲勞測(cè)試-仿真概述前言結(jié)構(gòu)
最近有朋友問，再發(fā)一遍。當(dāng)然由于技術(shù)水平原因，多有不足之處，歡迎探討。中小制造企業(yè)的免費(fèi)技術(shù)咨詢與技術(shù)服務(wù)（項(xiàng)目）依舊有效。

疲勞測(cè)試-仿真概述
  1. 前言
結(jié)構(gòu)疲勞的話題在當(dāng)前各大制造企業(yè)越來越受到重視，疲勞的失效為現(xiàn)今產(chǎn)品失效的主要形式。
 
本文針對(duì)汽車制造業(yè)進(jìn)行簡(jiǎn)單描述，在汽車制造業(yè)中，以前的疲勞測(cè)試實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)方法，即利用實(shí)車在各道路試車場(chǎng)進(jìn)行路試，該方式雖然是最直接且最準(zhǔn)確的，但測(cè)試周期長(zhǎng)，耗費(fèi)成本高，即使發(fā)現(xiàn)了問題也很難改變。
這里講述下現(xiàn)在的方式-CAE仿真。同時(shí)也是側(cè)面回答很多朋友的一個(gè)問題，CAE仿真有什么用呢？
 
 2. 技術(shù)
 
在行業(yè)內(nèi)，我們常用的疲勞仿真流程通常為：
 
測(cè)試道路載荷譜→加載載荷譜→結(jié)構(gòu)有限元應(yīng)力場(chǎng)分析→疲勞分析。
 
大概流程為：運(yùn)用六分力輪測(cè)試技術(shù)測(cè)得試驗(yàn)場(chǎng)的道路載荷譜數(shù)據(jù)，以此為輸入條件，建立整車動(dòng)力學(xué)模型，獲取作用與各連接點(diǎn)的載荷譜，同時(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)的單位載荷應(yīng)力結(jié)果，從而進(jìn)行疲勞仿真。
 
3.   載荷譜采集
 
3.1 測(cè)試工況
 
本試驗(yàn)用乘用車的四個(gè)車輪均安裝六分力輪進(jìn)行軸頭上的三向力（Fx、Fy、Fz）和三向力矩（Mx、My、Mz）的測(cè)試，如圖1所示。道路載荷譜采集在某試車場(chǎng)進(jìn)行，該試車場(chǎng)特征路面如圖2示意。車輛滿載，測(cè)試工況為行駛一圈覆蓋試車場(chǎng)所有特征路面的耐久性循環(huán)。


圖一 六分力輪測(cè)試


圖二 試驗(yàn)場(chǎng)特征路面
3.2 測(cè)試結(jié)果
 測(cè)試共布置了24個(gè)通道（4個(gè)輪，6個(gè)通道），通過數(shù)據(jù)采集器記錄存儲(chǔ)下所有的載荷譜信號(hào)數(shù)據(jù)。如圖3所示為左前輪的六分力信號(hào)。


圖三：左前輪六分力載荷
4.   結(jié)構(gòu)壽命計(jì)算
4.1 載荷提取
顯然，對(duì)某些結(jié)構(gòu)的疲勞壽命分析需要提供作用在各連接點(diǎn)處的載荷譜，這里在多體動(dòng)力學(xué)軟件ADMAS平臺(tái)上對(duì)該整車建立多體動(dòng)力學(xué)模型，以上述實(shí)測(cè)獲得的四個(gè)車輪的六分力作為輸入，在ADMAS平臺(tái)上對(duì)該整車建立多體動(dòng)力學(xué)模型，即可提取出作用在結(jié)構(gòu)各連接點(diǎn)上相應(yīng)的力和力矩的時(shí)間歷程，如圖四所示為提取后的力和力矩的時(shí)間歷程。


圖四：連接點(diǎn)六分力載荷譜
4.2 結(jié)構(gòu)有限元分析
通常采用慣性釋放方式，計(jì)算單位載荷下的應(yīng)力。前處理如圖五。


圖五：前處理模型
 
4.3疲勞壽命計(jì)算
進(jìn)行疲勞壽命分析我們通常需要以下信息：
1.有限元應(yīng)力場(chǎng)
2.載荷譜
3.材料信息
4.分析引擎的選取
常用疲勞包含：
1.應(yīng)力疲勞
2.應(yīng)變疲勞
3.振動(dòng)疲勞
4.多軸疲勞
5.焊點(diǎn)疲勞
6.焊縫疲勞
7.蠕變疲勞
8.耦合疲勞（例如熱機(jī)耦合）
9.裂紋擴(kuò)展
采用 ncode 軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算流程如圖六所示：


圖六：疲勞計(jì)算流程圖
  1. 4.4 后處理
   疲勞仿真目前為止很難預(yù)測(cè)精準(zhǔn)，因此我們常用的方式基本是預(yù)測(cè)趨勢(shì)，    通過對(duì)比方案及仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式（某些企業(yè)有自己的仿真規(guī)范） 
   來預(yù)測(cè)壽命。


最近有朋友在問這方面的流程，希望對(duì)大家有所幫助把。
 
關(guān)于作者：
姓名：康濤
領(lǐng)域：整車級(jí)別前處理、剛強(qiáng)度、碰撞安全、NVH及 電池包體系方針與企業(yè)對(duì)標(biāo)。
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