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nCode DesignLife FEMベースの疲労寿命解析

nCode DesignLifeは、設計上流段階で製品強度に関わる重要な場所を特定し、金属および複合材の有限要素解析結果から現実的な疲労寿命を計算する最新の設計ツールです。応力解析だけでは評価することができない、実際の負荷条件での製品性能をシミュレートを可能にします。DesignLifeの活用により、コストのかかる下流段階での設計変更を削減し、強度過剰の設計、強度不足の設計を回避することができます。
 

特徴
  • 多軸、溶接、短繊維複合、振動、亀裂成長、熱機械疲労の高度な技術
  • ANSYS、Nastran、Abaqus、Altair OptiStruct、LS-DynaなどのFEA結果データから疲労 解析を実行する直感的でグラフィカルなインターフェース
  • 大規模な有限要素モデルの処理および完全な使用スケジュールのためのマルチスレッドおよ び分散処理機能
  • 物理テストデータとCAEを直接関連付けるための単一の環境
期待される効果
  • 物理的テストへの依存を減らし、高価な設計やツーリングの変更を避ける
  • 最初にシミュレートすることでよりスマートで迅速な物理テストを実行する
  • 失敗を減らして保証請求を減らす
  • より多くの設計オプションを評価してコストと重量を削減
  • 標準化された分析プロセスによる一貫性と品質の向上
  • エキスパートユーザー向けに高度に構成可能

DesignLife 製品オプション

• 仮想ひずみゲージおよび仮想センサ

テスト結果と有限要素結果の相関を有効にします。ゲージ(単一またはロゼット)または変 位センサは、後処理ステップとして、有限モデル上に図形的に配置および配向されてもよい 。測定された歪みまたは変位データとの直接的な相関のために、適用された負荷による時間 履歴を抽出することができます。
 

• き裂進展

FEモデル上の特定の場所に業界標準の方法論を使用して、完全な破壊力学機能を提供します 。内蔵成長法にはNASGRO、Forman、Paris、Walkerなどがあります。プリエンプトされ たジオメトリのライブラリから選択するか、カスタムのストレス強度係数を供給します。

• 信号処理

nCode Fundamentalsは、基本的なデータ操作、解??析、および可視化に含まれています。デ ューティサイクルは、複数のケースから選択して複数のケースを構築することによって定義 できます。この機能により、繰返しによる複合デューティサイクルの作成が容易になります。

• マテリアルマネージャー

材料データの追加、編集、プロットを可能にします。一般的に使用される多くの材料の疲労 特性を持つ標準データベースが含まれています。

• カスタム分析

PythonまたはMATLABスクリプトを使用して既存の解析機能を拡張することができます。独 自の手法や研究プロジェクトに最適です。

• FE-表示

応力結果の輪郭を持つFEモデルのグラフィック表示を有効にします。 FE結果またはアニメ ーションファイルから変位をアニメートすると、荷重下で構造変形が表示されます。

• 振動マネージャー

振動指定データの入力、編集、および表示を可能にします。 100を超える振動エントリを含 む標準データベースが含まれています。

 

応力寿命法の主な用途は、公称応力が疲労寿命を制御する高サイクル疲労(長寿命)で す。平均応力や温度などの因子に対する複数の材料データ曲線を補間する機能が含まれてい ます。応力勾配および表面仕上げを説明するためのオプションも提供されています。 Pythonスクリプトは、カスタム疲労メソッドとマテリアルモデルの定義にも使用できます。
 

応力寿命法の主な用途は、公称応力が疲労寿命を制御する高サイクル疲労(長寿命)で す。平均応力や温度などの因子に対する複数の材料データ曲線を補間する機能が含まれてい ます。応力勾配および表面仕上げを説明するためのオプションも提供されています。 Pythonスクリプトは、カスタム疲労メソッドとマテリアルモデルの定義にも使用できます。
 

  • 材料モデル:
    • 標準SN
    • SN 平均マルチカーブ
    • SN R比マルチカーブ
    • SN Haighマルチカーブ
    • SN温度マルチカーブ
    • Bastenaire SN
    • Pythonスクリプトを使用したカスタムSN     
  • 応力組み合わせ方法または臨界面分析
  • ターゲット寿命の逆計算
  • 多軸性評価:
    • 二軸
    • 3D多軸
    • 自動補正
  • 平均応力補正:
    • FKM Guidelines
    • Goodman
    • Gerber
    • Walker
    • 複数の曲線を補間する
  • ノッチ補正:応力勾配補正
    • FKM Guidelines
    • ユーザー定義
  • クリティカルディスタンス

振動指定データの入力、編集、および表示を可能にします。 100を超える振動エントリを含 む標準データベースが含まれています。

ひずみ - 寿命法は、局所塑性ひずみによる低サイクル疲労が疲労寿命を制御するなど、幅広い問題に適用できます。標準のEN法では、ひずみ振幅と破壊サイクル数Nfとの間の関係を定義するCoffin-Manson-Basquin式を使用します。材料モデルは、一般的なルックアップ曲線を使用して定義することもできます。これにより、平均応力や温度などの因子に対する複数の材料データ曲線を補間することが可能になります。

  • 材料モデル:
    • 標準EN
    • EN 平均マルチカーブ
    • EN R比マルチカーブ
    • EN Haighマルチカーブ
    • EN 温度マルチカーブ
    • Gray Iron
  • ひずみ組み合わせ方法と臨界面分析
  • 正確なサイクル位置のための、応力 - ひずみ追跡   
  • ターゲット寿命の逆計算
  • 多軸損傷モデル:
    • Wang Brown
    • 平均Wang Brown
  • 平均応力補正:
    • Morrow
    • Smith Watson Topper
    • 複数の曲線を補間する
  • 可塑性補正:
    • Neuber
    • Hoffman-Seeger
    • Seeger-Heuler
  • 多軸性評価:
    • 二軸
    • 3D多軸
    • 自動補正

 

Dang Vanは、多軸疲労限度基準であり、複雑な荷重状況下での耐久限界を予測する方法です。 解析からの出力は、疲労寿命ではなく安全係数で表されます。

  • 引張およびねじり試験から計算された特定の材料パラメータを使用します。
  • 製造上の影響は、無負荷部品に等価な塑性ひずみを使用することによって説明することがで きます。
  • 新しい最適化およびスポット溶接方法が含まれています。

安全係数は、ストレスに基づく安全係数の計算を可能にします。 この方法は、クランクシャフト、カムシャフト、ピストンのような、エンジンやパワートレイン構成要素の重要な設計基準として広く使用されています。
 

  • このSNベースの技法では、入力は線形応力または歪みです。
  • マテリアル入力は、標準的な平均応力補正またはユーザー指定のHaighダイアグラムで、耐久性を評価します。
  • 完全な有限要素モデルからの応力は、単一の解析プロセスで解析されます。

 

Spot Weld は、以下を含むすべてのタイプの寿命データをサポートします。
 

  • 完全(破壊時間)
  • 右側打ち切り (停止時間)
  • 左側打ち切り
  • インターバル打ち切り
  • 自由形式

DesignLifeには、FEモデルの溶接線をインテリジェントに識別する方法が用意されているため、疲労の作業を簡単に設定できます。 Seam Weldオプションを使用すると、フィレット、オーバーラップ、およびレーザー溶接ジョイントを含むシーム溶接ジョイントの疲労解析が可能になります。この方法は、Volvo(SAEの論文982311も参照)によって開発されたアプローチに基づいており、車体シャーシおよび車体開発プロジェクトでの長年の使用によって検証されています。

  • FEモデル(シェルまたはソリッド要素)からの応力またはグリッドポイントの力または溶接部の変位からの応力を使用します。
  • 曲げ条件と張力条件の両方に対するシーム溶接の一般的な材質データが提供されています。
  • 溶接の止端、ルート、のど厚の破壊に適しています。
  • 厚い溶接は、ASMEボイラー&圧力容器コードVIII(ディビジョン2)規格で概説されている応力積分法を使用して評価することができます。
  • シートの厚さおよび平均応力の影響を補正することができます。
  • 溶接止端の応力、ホットスポット応力は、溶接部付近の表面応力の外挿によって推定することができます。
  • BS7608溶接規格と必要な材料曲線をサポート

振動指定データの入力、編集、および表示を可能にします。 100を超える振動エントリを含
む標準データベースが含まれています。

nCode 2018で導入されたWholeLifeのメソッドは、厚い溶接の解析精度を向上させます。複雑なジオメトリの溶接寿命をより正確に測定するため、コンポーネントの寿命全体(特に初期段階から最終的な破断まで)に疲労をモデリングする統合されたアプローチを採用しています。 溶接部の構造的な曲げおよび膜応力を決定するために、シーム溶接に使用されているものと同じ構造応力技術がWholeLifeで使用されています。

WholeLifeは、ジオメトリの厚さ方向の応力分布を使用し、既知の残留応力プロファイルの影響を含めることができます。 これは主にCAEベースの分析ですが、同じ方法を測定した応力データに適用することもできます。
 

振動疲労オプションは、周波数領域での疲労を予測する機能を提供し、風荷重や波荷重などのランダム負荷を伴う多くのアプリケーションの時間領域解析よりも現実的で効率的です。
 

  • ランダムPSD、スイープサイン、サインドウェル、またはサインオンランダム荷重による振動シェーカー試験をシミュレートします。
  • FEモデルは周波数応答またはモーダル解析の計算に用います。
  • 振動負荷はDesign Lifeで定義されており、温度、静的オフセット荷重の場合、および複合荷重の完全な負荷サイクルの影響を含めることができます。
  • 振動疲労荷重はSN、EN、シーム溶接、スポット溶接、短繊維の解析に使用できます。
  • 加速試験は、測定データに基づいて代表的なPSDまたはサインスイープの振動試験を作成する補完的な製品オプションです。現実的なレベルを超えずに試験を加速する代表的な試験スペクトルに、複数の時間または周波数領域のデータセットを組み合わせることができます。

  • 熱機械疲労(TMF)オプションは、有限要素シミュレーションの応力および温度結果を使用して、高温疲労およびクリープのソルバーを提供します。 温度変化とは異なる速度で変化する機械的負荷も組み合わせることができる。 アプリケーションには、車両排気システムやマニホールドなど機械的および熱的に負荷がかかるコンポーネントが含まれます。


    高温疲労法:
    • Chaboche
    • Chaboche 過渡
    クリープ分析方法:
    • Larson-Miller
    • Chaboche クリープ

    短繊維複合材オプションは、ガラス繊維充填熱可塑性プラスチックのような異方性材料の応力寿命疲労計算を使用します。厚さを通る各層およびセクション積分点の応力テンソルは、FE結果からDesignLifeによって読み取られます。各計算点における「ファイバシェア」を記述する材料配向テンソルは、製造シミュレーションを有限要素モデルにマッピングすることによって提供される。この方向テンソルは、FE-結果ファイルから読み出すことも、ASCIIファイルから供給することもできます。
     

    短繊維複合材モジュールの特徴:
    • 任意の時間領域法(スタティックまたはモーダル重ね合わせ、負荷サイクルなど)を使用し、複雑な荷重シナリオをシミュレートする
    • ランダム(PSD)、掃引正弦波、サインドウェルまたはサインオンランダム負荷によって駆動される振動試験のシミュレートする
    • レイヤーと積分点ごとにダメージと寿命を予測する
    • マイクロストラクチャー(繊維配向テンソル)と応力状態に基づく、モデルの局所疲労特性
  • FE-Digimatと多軸応力状態から計算された応力を含む主応力、または臨界面に基づいて疲労を計算する
  • 疲労特性モデルの選択 -  SN曲線補間、またはDigimatインターフェース
  • 均質化マトリックス、または典型的な複合材料の繊維の応力の使用
  •  


    複合材解析オプションを使用すると、業界標準の複合材の破壊基準に基づいて構造体の強度を評価できます。この評価を少数の負荷ケースまたはステップに限定するのではなく、現実的な負荷サイクル(準静的または動的)で選択した破壊基準を使用して応力を評価することができます。これにより、重要な場所、荷重の組み合わせと、関連する設計の余裕係数を容易に識別することができます。さらに、選択した場所の荷重パスを材料の破壊領域と視覚的に比較することができます。

    最も保守的な結果を得るために、以下の方法を個別に使用することも組み合わせることもできます。
    • 最大応力
    • 最大歪み
    • Norris
    • Norris-McKinnon   
    • Hoffman
    • Tsai-Hill
    • Franklin-Marin
    • Hashin
    • Hashin-Rotem
    • Hashin-Sun
    • Christensen
    • 変更されたNU
    • Pythonによるユーザー定義のカスタム手法
    振動指定データの入力、編集、および表示を可能にします。 100を超える振動エントリを含む標準データベースが含まれています。

    歪みゲージ位置決めのオプションは、適用された荷重履歴のその後の再構成を可能にするために必要なゲージの最適な位置と数を計算します。

    荷重再構成グリフは、単位荷重によって生成された仮想ひずみと、仮想ひずみゲージに一致するゲージから測定されたひずみ履歴とを使用して、測定ひずみを引き起こした力履歴を再構成する。

    nCode DesignLifeは、破壊力学ベースの方法を使用して、構造内のどのジョイントに最も負荷がかかっているかを評価します。 接着結合オプションは、金属構造の接着接合部の耐久性計算を可能にします。

    • 接着結合はビーム要素でモデル化され、格子点の力は接着されたフランジのエッジで線の力とモーメントを決定するために使用されます。
    • 歪みエネルギー放出速度の近似計算が接着剤の端部で行われ、亀裂成長閾値と比較して安全係数が計算されます。
    • この方法の理論的根拠はVolvo Groupによって開発され、実験とソフトウェアの実装は、 Jaguar Land Rover、Coventry University、Warwick Universityなどのパートナーとの共同研究プロジェクトで実施されました。

    DesignLifeは複数のプロセッサを搭載したマシン上で並列処理を行うことができ、各処理ス レッドのライセンスで別のコアを利用することができます。 各モデル位置での疲労計算は事 実上独立しているので、追加の処理スレッドを追加する利点は非常にスケーラブルです。 複 数のスレッドを使用して、翻訳を複数のプロセスに分割して分析の翻訳フェーズを高速化す ることもできます。


    DesignLifeは複数のプロセッサを搭載したマシン上で並列処理を行うことができ、各処理ス レッドのライセンスで別のコアを利用することができます。 各モデル位置での疲労計算は事 実上独立しているので、追加の処理スレッドを追加する利点は非常にスケーラブルです。 複 数のスレッドを使用して、翻訳を複数のプロセスに分割して分析の翻訳フェーズを高速化す ることもできます。

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