疲劳分析软件Fatigue
目录
疲劳分析软件单项论证报告——MSC Fatigue (2)
1 必要性论证 (2)
1.1.现状 (2)
1.2.存在问题： (2)
1.3.发展趋势 (3)
2 项目（设备）名称： (3)
2.1技术规格性能 (3)
2.2设备调研及选型情况 (5)
2.3先进性和特色 (7)
3 设备厂商描述 (9)
3.1设备厂商介绍： (9)
3.2行业客户 (10)
4 项目配套方案的配套条件： (11)
5 项目投资估算及进度安排 (12)
6 附件：MSC.Software公司简介 (12)
疲劳分析软件单项论证报告——MSC Fatigue
序号：
设备表中编号：
设备名称：MSC Fatigue\MSC Patran
设备型号：
国别、厂商：美国\MSC软件公司
1必要性论证
电子行业是一个飞速发展的行业，市场容量极其巨大，如今我国已是全球第三大电子信息产品制造国，电子信息产品已经渗透到我们生活的各个角落，包括国防军工用品、通信、医疗、计算机及周边视听产品、玩具等。电子行业具有产品更新快，研发周期短的特点，为了满足不断发展的市场需求，必须加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破。
MSC.Software公司认为新的研究方法和技术突破在现代产品研发中扮演非常关键的作用，目前CAE仿真已经成为电子行业广泛采用的一种新的方法和技术，一定能够发挥重要作用。
1.1. 现状
随着电子技术的逐渐成熟，越来越多的电子元器件或相关产品投入市场，为降低制作成本、缩短研制周期、提高产品可靠性，迫切需要引入有效的设计方法。另一方面伴随着电子产品加工工艺的标准化，使得电子产品设计在一定程度上可与具体工艺相分离，从而大大地促进了产品建模与仿真技术的迅速发展，与以前相比电子产品CAD技术更具实际应用价值。
目前在电子产品研发中，计算机辅助工具的发展水平远远滞后于前沿研究的步伐，大多数电子元器件都由与其功能差不多但不能准确预测其执行情况的分析工具来设计。因此，通常采用试验排错的方法进行，这往往需要反复多次的试验才能最终确定满足特定环境的器件设备。对于开发电子元器件和系统的商业产品来说，这种落后的设计方法，设计周期长，效率低下，费用昂贵，不切实际。由此迫切需要用于电子产品系统设计的先进建模工具和仿真方法和工具。
1.2. 存在问题：
在电子产品的实际工作中，长期振动或多次冲击会使构件发生疲劳破坏。统计表明，70%以上的机械失效都是疲劳失效。电子元器件和舱室的螺钉、焊接，承重梁、板，磁盘磁头，
安装卡口等都存在疲劳寿命的问题。对于价格仰贵的关键部件必须进行有限寿命研究，以便及时替换部件或者更新系统。对于其它部件需要进行无限寿命分析，确保设计使用寿命，所以有必要针对结构进行耐久性分析。
耐久性是产品质量性能指标之一，而疲劳破坏是电子组件失效的主要原因之一。寿命或大型试验，是电子组件产品研制和生产中的一大难关，它是产品设计是否优良，工厂生产质量是否稳定的综合反映，理所当然的引起各方面的重视。任何寿命试验发生重大技术质量问题的产品，都是不能交付使用的。在各种因素中，疲劳寿命是制约结构耐久性的非常重要的一个因素。
1.3. 发展趋势
在电子产品的研发阶段，若主要依靠实验的方法必然增加产品的研制费用，因此有必要引入计算机辅助设计与建模的方法，减少器件加工的反复次数。此外伴随着电子技术逐渐走向成熟，在激烈市场竞争中，要求企业以最短的时间和最低的成本，推出高质量、高可靠性的电子产品。引入疲劳分析技术，可以大量缩减研发周期，同时，疲劳分析技术可以用于结构非常复杂，设计过程中带有很大的盲目性的结构设计中，可以对所设计结构可能出现问题进行预测，指导设计方向并缩短设计周期。
耐久性是产品质量性能参考的一个重要指标，目前我所尚未针对电子产品组件进行深入的疲劳耐久性分析。
2项目（设备）名称：
有限元前后处理器：MSC Patran
疲劳分析求解器：MSC Fatigue
2.1 技术规格性能
MSC Patran是开放性的有限元前后处理软件。该软件承担的任务为结构分析前后处理。包括有限元建模、划分网格、设定属性、材料、工况及分析参数并提交到指定求解器计算；进行计算结果的后处理，云图、曲线、动画显示等。
主要技术指标要求：
MSC Patran：
支持多种CAE求解器，在前处理界面下可以实现有限元分析，在前处理界面下可以生成供运动学和动力学分析进行柔性分析需要的模态中性文件；
?具有几何模型直接访问技术(Direct Geometry Access, 简称DGA)，集成各CAD软件系统间的几何模型沟通及各类分析模型无缝连接。和3维设计软Pro/E等有很好的无
缝接口。同时还支持各种几何标准格式的文件，包括Parasolid，ACIS、STEP、IGES
等格式；
?具有客户化工具PCL语言，和高级模块化结构的编程语言。用户可根据自己的需要编写特定的用户界面、图标等，尤其是创建专业分析所要求的流程和功能；
?提供基于Parasolid的高级几何造型和编辑功能，如布尔运算，倒角，印痕，抽壳，抽中面以及参数化建模等，允许用户直接在几何模型上设定载荷、边界条件、材料和单
元特性, 并将这些信息自动地转换成相关的有限元信息；
?提供可视化的单元质量评估工具，帮助用户对一些直接影响有限元计算的参数进行评估，同时还提供功能强大的单元、节点修改以及同各种求解器相关的优化工具；
?具有强大的处理大规模几何装配模型的分组功能，便于CAE流程工作，能够方便的定义有限元分析模型建立时所遇到的各种变化的物理量，可以便捷的定义随空间，时间，
温度等变化的物理量和材料的非线性特性，动力学特性等；
?高级面网格剖分功能，可在复杂带有缺陷的曲面上快速生成高质量的面网格，并提供方便的用户可控性。可直接读入CATIA, ProE, UG, I-DEAS软件的CAD几何模型和
Parasolid造型核心几何模型，并自动识别和修复模型中存在的缺陷，快速产生高质量
的有限元网格，并且能够处理大规模复杂模型；
?提供多种常规的计算分析结果可视化工具,如云纹图、变形图、曲线表格、动画、矢量张量图等，帮助灵活、快速地了解结构在载荷作用下复杂的行为；
?支持Windows、Linux、Unix的多种操作系统、硬件平台和图形显卡，可高效运行在超级计算机、服务器、工作站和PC机环境下，并且支持TCP/IP协议的网络浮动运行。
MSC Fatigue：
MSC.Fatigue同时具有广泛的平台适用性，可在HP/UX、SGI/IRIX、Compag/Digital UNIX、IBM/AIX /RS6000、Sun/Solaris、PC/Windows NT/2000/XP上高效运行。MSC.Fatigue 特色如下：
●既可与MSC.Patran完全集成，又可独立使用；
●支持多种有限元软件的求解结果；
●自带大量的材料疲劳特性数据库；
●独特的随机振动条件下的疲劳寿命；
●独特的旋转车轮的疲劳分析；
●具有重设计循环能力，进行真实载荷工况仿真；
●支持Msc.Nastran所有的CWELD 选项– ALIGN, GRIDID, ELEMID, PARTPAT & ELPAT；
●3-层板连接处理, 支持XDB 和 .op2文件；
●Windows-Unix 无限制交互通讯。
2.2 设备调研及选型情况
Fatigue软件与其他软件的比较如下：
MSC Fatigue的用户遍布航空航天等多个行业，尤其在航空航天行业，被指定为标准的有限元分析软件，在几乎所有的航空航天企业中都不同程度的得到应用并发挥重要作用。因此，拟选Patran/MSC Fatigue作为疲劳耐久性分析软件。
2.3 先进性和特色
MSC Patran
MSC Patran提供了功能全面, 方便灵活的可满足各种分析精度要求的复杂有限元的建模能力。可以高效地对具有参数化特性的各种几何生成各种类型的单元。Patran具有从低级单元映射生成高级单元的功能，同时还具备多种类似种子点、硬点、硬线等映射网格控制功能。Patran 对从CAD系统读入的曲面和实体同样具有自动网格划分的功能，在自动划分的过程中同样可以使用种子点、硬点硬线等功能局部加密关心区域的网格。
MSC Patran提供了一整套可视化的单元质量评估工具，帮助用户在分析之前对诸如节点的重复性、单元的协调性、方向、翘曲度、边长比、相关性等一些直接影响有限元计算的参数进行评估，同时还提供了功能强大的单元、节点修改以及同各种求解器相关的优化工具。
为了能够方便的定义有限元分析模型建立时所遇到的各种变化的物理量的定义，Patran提供了各种定义变量的方法，在Patran的界面中可以便捷地定义随空间、时间、温度等变化的材料特性、动力学特性等，以及总体到局部计算的数据条件交换和不同类型分析之间的数据转换，同时也可以通过PCL语言的二次开发直接从外部的测试数据形成变化的物理场。
MSC Patran提供了22种标准梁截面库，用户输入截面特征尺寸程序自动计算出截面的几何特征参数。对于复杂的任意形状梁截面，提供用户自定义功能，通过Patran的几何造型功能建立截面形状，程序可自动计算出截面参数，并可将自定义的梁截面存入截面库中。对于由CAD 软件中读入的几何模型，程序可通过几何造型的功能截出截面形状，并通过用户自定义功能生成梁截面参数。
MSC Patran提供了方便的梁截面定向功能，通过梁截面的局部坐标，可方便地在总体坐标下定义梁的截面方向。梁单元的有限元模型和计算结果均可以3D显示，大大方便了梁模型的检查和计算结果的处理。
MSC Patran的分析管理器给用户提供了各种分析类型的统一集成控制平台。分析者可根据
不同的分析要求选择分析软件接口(包括MSC公司提供的有限元应用分析软件和第三方的分析软件)，从而设置不同的分析环境。这样工程分析人员就不需要掌握不同的前后处理软件，对于不同类型的分析也不需要重复建立模型。
MSC Patran和各种分析软件都有完整的结合，支持各种不同软件的单元库的定义、材料本构模式的输入以及各种边界条件的定义，Patran支持多种结构、流体、电磁场、热分析求解器，包括：
MSC Nastran、MSC.Dytran、MSC.Marc、MSC.Fatigue、MSC.Mvision、SAMCEF、SINDA、Star-CD、Fluent、ABAQUS、ANSYS
通过Patran的PCL语言可以方便开发与用户自编的程序接口，将自编的专业分析程序嵌入Patran的环境。
MSC Patran提供了多种常规的计算分析结果可视化工具,如云纹图、变形图、曲线表格、动画、矢量张量图等，帮助工程师灵活、快速地了解结构在载荷作用下复杂的行为, 如结构受力、变形、温度场、疲劳寿命、流体流动等。
MSC Patran提供了对不同有限元计算结果进行重新组合和显示的技术，适合于同一种工况计算结果的组合，也适合于不同工况计算结果的组合。对于各种后处理显示模式，为了便于调用，Patran还可以存成相应的模板。使用Patran作后处理工具，无论是热结构分析中的最大应力的显示，还是非线形分析中变形的显示，或是动力学分析中动态结果的动画处理，都会变得极其方便。
MSC Patran同时还提供了特殊的工具进行内部结果的后处理显示，如等值面、等值线、动态结果的切片显示等，这些透视工具的选用可以实时地观测到实体的内部结果。
后处理显示中的Results支持Isosurface的功能。主要支持TET4单元的后处理，最多可以作5个等值面，可以在等值面上作Fringe操作，可以显示变形，也可以不显示变形，能够快速的创建模型内部应力切片图。
最新的MSC Patran的结果后处理已经支持256色的彩色云纹图，这就便于得到更为精准的色彩梯度变化和满意的云纹后处理结果。
MSC Fatigue:
在产品设计阶段使用MSC.Fatigue，可在设计制造过程之前进行疲劳分析，并为集成的寿命管理创造一个MCAE环境，真实地预测产品的寿命，极大地降低生产原型机和进行疲劳寿命测试所带来的巨额开销。MSC.Fatigue已经使世界众多的知名公司和企业从中获得巨大的经济
效益。涉及从空间站、飞机发动机到汽车、铁路，从空调、洗衣机等家电产品到电子通讯系统，从舰船到石油化工，从内燃机、核能、电站设备到通用机械制造等各个领域。早期疲劳分析可提高产品的可靠性，增强客户对产品性能的信心，同时也可减少售后保修维护等费用，避免产品招回等难以预计的严重后果。
MSC Fatigue\Patran体系具有以下主要特色：
统一的数据模型：MSC的多学科仿真平台采用完全统一的数据模型，保证了耦合计算的有效性跟准确性。并且极大的提高了计算效率。
成熟性：MSC公司作为CAE行业的领导者，其完整的多学科仿真平台已经在国外航天航空企业得到了广泛应用，经过了实际的工程验证。其多学科仿真的技术已经成熟并获得认可，可以提供最为可靠的技术保证。
专业性：MSC多学科仿真软件继承了其原有的单学科分析产品的专业技术，在相应的领域，其技术都具有很强的先进性。如Adams技术在机械系统动力学分析、Nastran\patran在大型结构有限元计算、Dytran在流固耦合领域都是第一位的软件。除了以上这些比较成熟的行业标准的软件之外，MSC注重在特别专业领域的拓展。如MSC Nastran集成了专业的气动弹性功能和专业的噪音分析软件Actran。同时集成了航天最先进的复合材料分析软件Genoa的逐步损伤算法。
拓展性：MSC公司一直都非常注重软件的拓展。MSC系列产品作为多学科仿真平台，一直致力于将相关领域的先进技术融合到其求解器中。MSC几乎所有软件都具有开放的接口和几乎没有任何限制的二次开发工具。从求解到界面都可以进行二次开发。对于特定行业来说，进行软件的定制和开发，可以有效提高软件应用的效果，提高应用水平。
开放性：MSC的软件都有非常标准化的接口，可以很方便的进行软件之间的交互。不仅仅体现在MSC软件之间的集成仿真，也体现在与其他学科领域软件的互联。
3设备厂商描述
3.1 设备厂商介绍：
MSC Fatigue的原厂商是美国MSC软件公司，MSC.Software公司创建于1963年，总部设在美国洛杉矶，是世界领先的VPD技术提供商。43年来，MSC.Software强大的、集成化的VPD软件和服务帮助企业界在产品开发过程中改善产品的设计、测试、制造和服务流程，从而更快、更高效地推出新产品，在激烈的市场竞争中领先对手。
40多年来，MSC.Software始终领导着世界CAE的发展方向，营业额雄踞业界首位，占据了40%以上的市场份额，产品获得了各种权威机构的认证，被公认为CAE的工业标准。在中国，MSC.Software公司的产品全面通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会的严格考核认证，作为与分析设计标准JB4732-95相适应的分析软件。
MSC.Software于1993年在北京建立了第一个办事处，现今已发展为四个办事处、一个全球研发中心和一个工程咨询中心，年营业额达1300万美元，拥有1200多家用户，涉及航空航天、汽车、国防、机械、兵器、船舶、铁道、电子、石化、能源、材料工程、科学研究及大专院校等。
3.2 行业客户
MSC.Fatigue在全球的航空航天、国防、汽车、铁路、工程机械、发电设备等行业和高校等研究机构，广泛运用。
Arvin North American Automotive
Case Corporation
Caterpillar Inc.
CMI-Tech Center Inc.
Dana Corporation Fluid Systems Products Deere & Company
Defiance, Inc.
DELCO ELECTRONICS CORPORATION Electronic Data Systems Corporation Engineering Consulting Service
General Dynamics
John Deere Corporation
MSX Inter
nana Corporation Navistar Inter
Parker Abex NWL
Tower Automotive Products Company Inc. U.S. Army
Valeo Engine Cooling Incorporated Whirlpool Corporation
AP Automotive Systems Inc.
B.F. Goodrich Aerospace
Chrysler Corporation
Cross Medical Products
Halliburton Energy Services
Harley Davidson Motor Company, Inc. Harnischfeger Corporation
4项目配套方案的配套条件：
作为技术提供型企业，MSC.Software公司能够为客户提供全面的工程咨询服务，以帮助客户快速实现仿真产品开发（VPD）的盈利。我们的服务团队包括全世界300多名技术娴熟的工程师，以及成千上万的拥有经验丰富的员工。MSC.Software公司在北京、上海、深圳、成都四处有正式的分支机构，亚太地区技术服务团队在北京，为客户提供全面的技术支持服务。MSC.Software公司将按照公司的全球售后服务规范：
1.在服务期内向企业提供800电话（800-110-0632；5*8小时）；
2.电子邮件（support@https://www.360docs.net/doc/8612391727.html,）；
3.网站(https://www.360docs.net/doc/8612391727.html,)；
4.用户论坛(https://www.360docs.net/doc/8612391727.html,/infocenter/index?page=home)
用户可以通过以上方式得到全球售后服务团队的技术支持。
5项目投资估算及进度安排
5.1 软件模块配置表
5.2培训报价表
合计项目总预算：美元
6附件：MSC.Software公司简介
制造业企业只要希望成为业界领先的领导者，都将无可避免地要去迎接现今制造业企业所要面临的严峻挑战：激烈的市场竞争、苛求的客户、更细分的市场、越来越复杂的产品、缩短的产品生命周期、严格的法规和环保要求、系统集成和供应链问题、爆涨的样机试验成本。MSC.Software的虚拟产品开发（Virtual Product Development，简称VPD）技术可以帮助企业改进产品开发流程，应对这些挑战。
引领CAE的先驱和领导者
MSC.Software公司创建于1963年，总部设在美国洛杉矶，是世界领先的VPD技术
提供商。41年来，MSC.Software强大的、集成化的VPD软件和服务帮助企业界在产品开
发过程中改善产品的设计、测试、制造和服务流程，从而更快、更高效地推出新产品，在激
烈的市场竞争中领先对手。
MSC.Software公司具有其他CAE公司无法比拟的优势和特点：
市场地位：MSC.Software是全球最大的虚拟产品开发技术提供商和服务商
MSC.Software是全球最大的虚拟产品开发技术提供商和服务商，不但向客户提供软
件工具和技术支持，同时在CAE领域内提供广泛的咨询服务；产品销售和服务咨询额名列
全球第一。
数据来源：Daratech & AMR Research
●软件的先进性：MSC.Software提供了最为先进和完备的CAE解决方案
在软件工具上，MSC.Software是产品线最为广泛的软件公司，从有限元分析到机构运
动学动力学仿真，从机械系统的疲劳分析到控制系统仿真，涉及多种学科和多学科交叉的协
同工作，对复杂的武器系统可提供更加完备的解决方案。
●软件的易用性：MSC.Software具有方便优好的用户界面，可操作性强
MSC.Patran友好的用户界面条理清晰，符合CAE操作流程，最多不超过三级的菜单
按―事件‖激发，使得整个界面更加易懂，用户可随意接通任何分析任务，被称为CAE的
Windows。MSC.Software产品提供了交互式的全文在线帮助系统，可使用户随时得到相
关的电子文档帮助，另外相关命令过程的自动文件记录可方便地编辑修改并用于模型的参数
化研究。
●软件的开放性：MSC.Software具有世界顶级的开放体系结构
MSC.Software的产品具有世界顶级的开放体系结构，不仅与目前所有主流的CAD软
件AutoCAD、CATIA、UG、PRO/E、SolidWorks、SolidEdge、MDT、Inventor等无缝连接，而且为用户的二次开发提供最为强大的专家知识系统平台，并为大规模复杂的异地协同设计仿真分析提供最为先进、可靠的解决方案。
●软件的集成性：MSC.Software具有优秀的集成平台,具有良好的可扩展性
MSC.Software将世界先导的不同类型的分析软件和技术集成在MSC.Patran的公共环境中，可共用一个模型进行分析仿真，为用户提供了其他任何软件所无可比拟的灵活性，使用户能够在最短的时间内根据多种类型的仿真结果对产品的整体设计给出正确的判断，提出相应的改进建议。
MSC.Patran支持的CAE求解器不仅包括MSC.Software的系列产品(如MSC.Nastran、MSC.Dytran、MSC.Fatigue等)，还包括其他第三方的产品（如LS-DYNA、ANSYS、Fluent 等）。
●软件的高效可靠性：MSC.Software具有全球最严格的品质保证体系
MSC.Software作为享誉全球的CAE公司，其产品通过了ISO9001质量认证，在四十多年来一直经历着全球近十万个用户的长期工程应用的不断验证。它的整个研发过程是在美国国防部、美国宇航局（NASA）、美国航空管理局（FAA）以及美国核能委员会等有关机构的严格控制下完成的，软件的每一版的发行都要经过4个级别、5000个以上测试题目的检验。
MSC.Software一直以求解大型工程问题而著称，强大的软件功能、先进的计算方法以及世界首屈一指的高效的并行分析技术（分布式并行和共享内存式并行）保证了软件的准确、高效。
●软件的权威性：MSC.Software是全球公认的CAE的工业标准
MSC.Software公司及产品起源于NASA，40多年来产品首先被航空航天和国防军工领域所广泛接受，随后又被民用工业所广泛采用。几十年来，MSC.Software一直为FAA（美国联邦航空管理局）、JAA（欧洲航空管理局）以及CAA（中国航空管理局）提供航空/航天飞行器的适航认证标准。在中国，MSC.Software公司的产品全面通过了全国锅炉压力容器
标准化技术委员会的严格考核认证，作为与分析设计标准JB4732-95相适应的分析软件。
美国军方是MSC.Software 公司最大的客户，每年的采购额达数千万美元，所采购产品不但包括软件工具，同时还包括大量的咨询服务，例如MSC.Software 为著名的F-35 (JSF)联合攻击机研制计划提供了大量的仿真咨询服务；美军方采用MSC.Software 软件的工程应用包括：从战斗机设计到机载武器设计、从战略导弹到战术导弹、从军用舰船到舰载武器等。
● 软件的广泛性：MSC.Software 被各个行业广泛应用
MSC.Software 的产品被广泛应用于各个行业的工程仿真分析，包括国防、航空、航天、机械制造、汽车、船舶、兵器、电子、铁道、石化、能源、材料工程、科学研究及教育等各个领域，用户遍及世界100多个国家和地区的主要设计制造工业公司和研究机构，其中覆盖了全球92%的机械设计制造部门、97%的汽车制造商和零部件供应商、95%的航空航天公司和98%的国防及军事研发部门。
MSC.Software 从1993年进入中国以来，现今已在北京、成都、上海、深圳建立了四个办事处和一个工程咨询中心（北京），2004年营业
额超过1000万美元，拥有1000多家用户，涉及
航空航天、汽车、铁道、土木工程、国防、机械、
兵器、船舶、电子、石化、能源、材料工程、科学
研究及大专院校等。
● 软件的持续发展性：MSC.Software 与
通过并购、重组或与其他CAE 公司合作获得了持续的发展 领航VPD 技术
VPD 技术专注于增强企业在产品开发中做出更好决策的能力，是在新产品开发流程中有效利用虚拟产品模型，对产品设计作出判断，并在测试阶段加以验证，从而帮助企业寻求更具创新性的产品设计、得到―所期待的‖产品。 Virtual Product Development
与传统的开发过程所不同的是，虚拟产品开发不再以物理样机为核心，而是以功能化数字样机为核心。在产品开发的三步循环：构形（Form）、装配（Fit）、功能（Fuction）中，VPD 更注重于功能，是功能驱动的开发流程。值得注意的是，VPD技术以虚拟样机为核心，但并不排斥物理样机，虚拟产品开发应该是虚拟样机与物理样机相结合的开发流程，并且随着VPD成熟度的提高，物理样机的数量不断减少，虚拟样机的数量和水平不断提高，设计评价判断的依据不断由物理样机的试验数据向虚拟样机的仿真数据转移。
向VPD迈进的过程是一个循序渐进的过程，不同行业、不同企业应用VPD的程度、水平各不相同，如何评价企业VPD的能力？如何与竞争对手比较？成为每个企业在向VPD迈进时所必须考虑的问题。
MSC.Software公司作为VPD技术的提供商，创造性的将卡内基梅隆大学的―能力成熟度模型CMM‖应用于VPD能力的评价，发展出一套系统化的评价VPD能力的技术，并形成具体的方法来改进VPD流程。VPD成熟的程度被分为5个级别：初级（Initial）、可复现（Repeatable）、有定义（Defined）、可管理（Managed）、优化（Optimized）。
VPD的成熟程度主要体现在4大方面：流程、
人、数据、技术，企业产品开发的流程定义越完善、
设计团队中掌握使用虚拟技术的人越多、仿真过程
中所涉及的数据越全面规范、采用的计算机辅助技
术越多应用水平越高，VPD成熟度越高。企业VPD
成熟程度是企业核心竞争力和效率的具体体现。
在VPD的组成技术中，三大数据管理技术
PDM、SDM、TDM是最为关键的，产品设计数据、仿真数据、试验数据，每一项都是海量数据量，各自有着独特的属性和多样性，因此每一方面都需要专门的工具加以管理。三大数据管理技术所需管理的不但有数据，更重要的是要管理流程，无论设计流程还是仿真流程，各自的复杂程度和独特性，更是决定了三方面的管理需要不同的系统工具来实现。
独特的使命和产品开发策略
MSC.Software公司的使命是成为客户向VPD迈进过程中―可信赖的顾问‖（Trusted Advisor）。在这一使命驱使下，MSC.Software的产品开发从技术、数据、人、流程角度，形成了四个方面的发展策略。
MSC.Software的产品发展策略
多学科集成：开发将有限元、机构运动学动力学仿真、控制系统仿真等多学科紧密集成的技术和工具。
仿真流程捕捉：开发最佳实践和流程捕捉、流程自动化技术和工具，为客户提供行业最佳实践和咨询服务
与CAD集成：为设计工程师提供CAD环境下的仿真工具
仿真数据管理：为仿真数据和仿真流程提供管理工具和咨询服务
在此产品研发策略下，MSC.Software形成了以下产品线：
●VPD咨询服务
●软件工具，包括
-Simulation Office –多学科集成仿真工具
-SimDesigner –面向设计人员、集成于CAD的仿
真工具
-SimManager –仿真流程及仿真数据管理
高品质的VPD咨询服务
MSC.Software公司的旗舰产品MSC.Nastran诞生于为NASA
所作的咨询项目，40多年来MSC.Software一直不懈地为汽车、航空航天、重型设备、通用机械、兵器和消费品制造业等工业领域的用户提供咨询服务，迄今完成地总项目数超过10,000个，同时也形成了全球工程经验丰富的咨询服务团队。目前全球咨询工程师的人数超过450人，亚太地区有90多人，其中12个流程集成专家；中国的咨询服务中心成立于2000年12月，已完成的项目达60多个，项目涉及日本、韩国、中国、澳大利亚的汽车、造船、土木等行业。
疲劳分析流程 fatigue
摘要：疲劳破坏是结构的主要失效形式，疲劳失效研究在结构安全分析中扮演着举足轻重的角色。因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。机车车辆结构的疲劳设计必须服从一定的疲劳机理,并在系统结构的可靠性安全设计中考虑复合的疲劳设计技术的应用。国内的机车车辆主要结构部件的疲劳寿命评估和分析采用复合的疲劳设计技术，国外从疲劳寿命的理论计算和疲劳试验两个方面在疲劳研究和应用领域有很多新发展的理论方法和技术手段。不论国内国外，一批人几十年如一日致力于疲劳的研究，对疲劳问题研究贡献颇多。 关键词：疲劳 UIC标准疲劳载荷 IIW标准 S-N曲线机车车辆 一、国内外轨道车辆的疲劳研究现状 6月30日15时，备受关注的京沪高铁正式开通运营。作为新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路，京沪高铁贯通“三市四省”，串起京沪“经济走廊”。京沪高铁的开通，不仅乘客可以享受到便捷与实惠，沿线城市也需面对高铁带来的机遇和挑战。在享受这些待遇的同时，专家指出，各省市要想从中分得一杯羹，配套设施建设以及机车车辆的安全性绝对不容忽略。根据机车车辆的现代设计方法，对结构在要求做到尽可能轻量化的同时，也要求具备高度可靠性和足够的安全性。这两者之间常常出现矛盾，因此，如何准确研究其关键结构部件在运行中的使用寿命以及如何进行结构的抗疲劳设计是结构强度寿命预测领域研究中的前沿课题。 在随机动载作用下的结构疲劳设计更是成为当前机车车辆结构疲劳设计的研究重点，而如何预测关键结构和部件的疲劳寿命又是未来机车车辆结构疲劳设计的重要发展方向之一。机车车辆承受的外部载荷大部分是随时间而变化的循环随机载荷。在这种随机动载荷的作用下，机车车辆的许多构件都产生动态应力，引起疲劳损伤，而损伤累积后的结构破坏的形式经常是疲劳裂纹的萌生和最终结构的断裂破坏。随着国内铁路运行速度的不断提高，一些关键结构部件，如转向架的构架、牵引拉杆等都出现了一些断裂事故。因此，机车车辆的结构疲劳设计已经逐渐成为机车车辆新产品开发前期的必要过程之一，而通过有效的计算方法预测结构的疲劳寿命是结构设计的重要目标。 1.1国外 早在十九世纪后期德国工程师Wohler系统论述了疲劳寿命和循环应力的关系并提出了S-N 曲线和疲劳极限的概念以来，国内外疲劳领域的研究已经产生了大量新的研究方法和研究成果。 结构疲劳设计中主要有两方面的问题：一是用一定材料制成的构件的疲劳寿命曲线；二是结构件的工作应力谱，也就是载荷谱。载荷谱包括外部的载荷及动态特性对结构的影响。根据疲劳寿命曲线和工作应力谱的关系，有3种设计概念：静态设计(仅考虑静强度)；工作应力须低于疲劳寿命曲线的疲劳耐久限设计；根据工作强度设计，即运用实际使用条件下的载荷谱。实际载荷因为受到车辆等诸多因素的影响而有相当大的离散性，它严重地影响了载荷谱的最大应力幅值、分布函数及全部循环数。为了对疲劳寿命进行准确的评价，必须知道设计谱的存在概率，并且考虑实际载荷离散性，才可以确定结构可靠的疲劳寿命。 20世纪60年代，世界上第一条高速铁路建成，自那时起，一些国外高速铁路发达国家已经深入研究机车车辆结构轻量化带来的关键结构部件的疲劳强度和疲劳寿命预测问题。其中，包括日本对车轴和焊接构架疲劳问题的研究；法国和德国采用试验台仿真和实际线路相结合的技术开发出试验用的机车车辆疲劳分析方法；英国和美国对转向架累计损伤疲劳方面的研究等等。在这些研究中提出了大量有效的疲劳寿命的预测研究方法。 1.2、国内 1.2.1国内疲劳研究现状与方法 国内铁路相关的科研院所对结构的疲劳寿命也展开了大量的研究和分析，并且得到了很多研
LMS TecWare疲劳载荷处理软件
疲劳载荷处理软件（LMS T ecWare）技术指标 ?系统要求 -操作系统：WindowsNT/2000， HP UX， SGI， Sun 工作站 ?任务管理和载荷时间历程管理（T ecW are Kernel 模块） -同时读入不同格式的多个文件中的任意多个时间历程，单个或多个同时显示、编辑 -时域信号编辑功能：同时对多个通道进行积分、微分、时间段剪切/粘贴、偏移/零点漂移初步矫正、数据平滑、函数生成时间历程信号、自动选择时间段… -可轻松地将时域信号在几种格式之间相互转换 -袖珍计算器和逻辑操作功能，根据数学函数生成时间历程 -桌面管理器用来管理所有数据对象并监控分析任务 -结果自动添加到当前桌面管理器中 -完全可自定义的用户界面（如菜单、按扭等） ?疲劳计数（T ecW are FatiCount 模块） -Rainflow（雨流），Range pair（程对）、level crossing（穿级）, symmetrical level crossing（对称穿级）, Peak Count（峰值计数）III … -一次批作业设置可以处理多个时间历程和通道 -交互式设置处理参数 -预定义的通用参数（滤波带宽、分级数、结果储存方案等） ?基于雨流矩阵的基本编辑和处理、重构为时间历程（T ecW are RainEdit 模块） -编辑雨流矩阵和雨流计数留数：改变分级大小和个数，对行/列/点/对角线进行计数值的修改/删除 -基于雨流矩阵的时间历程重构，进行加速模拟试验 ?基本的疲劳寿命估计(Falancs Strain & Stress 模块) -根据应变时间历程和材料特性计算该点的疲劳寿命，可以是应变片测得的时间历程 -根据载荷时间历程、应力集中系数和材料特性计算该点的疲劳寿命 -应力法和应变法多种损伤准则、均值校正 -可更改材料特性并存为新材料 ?基于雨流矩阵的载荷组合和外推（T ecW are RainExtra模块） -雨流矩阵的组合、叠加、差别比较等 -由短的时间历程生成雨流，外推到更长的使用工况 -扩展为更苛刻的载荷数据（更粗暴的驾驶员、更恶劣的试验路段等） ?耐久性试验信号处理(TecW are durability signal processing 模块) -提供处理时域信号常用的谱分析和附带交互式滤波器设计工具的频率滤波功能 -快速富氏变换（FFT）和逆变换，功率谱密度函数、频率响应函数、相干函数 -交互式滤波器设计工具：低通、高通、带通和组合式 ?高级耐久性试验信号处理(TecW are Advanced durability signal processing 模块) -检测信号异常、显示时域信号趋势。突出显示不正确的数据段，自动进行信号净化。 -自适应尖峰检测 -消除信号漂移 -逐帧信号分析 ?用多轴雨流技术进行多轴载荷分析（T ecW are MultiRain 和MultiRain Extension 模块） -把雨流矩阵扩展到包含相位影响的多轴向载荷分析 -叠加、外推为更长的测量数据，并重构为时间历程。基于雨流的所有著名的单轴向方法都扩展到多轴向。 ?多轴载荷的雨流投影滤波器(T ecW are RP filter 模块) -设定幅值大小，多通道统一滤波，显著缩短时间历程的长度，保持多轴载荷的相位特征 -保留频率特性，或者把能量损失限制在用户定义的频段内 -时间窗技术，用于保留窗内的频率特性 -试验预处理算法在需要时可以降低信号的斜率或频率
疲劳分析计算的流程
疲劳分析，从零开始 1 测量应变、应力谱图 （1）衡量应力集中的区域，布置应变片 可以通过模拟（有限元）或试验（原型上涂上一层油漆，待油漆干后施加载荷，油漆剥落的地方应力集中），确定应力集中的区域，然后按左下图在应力集中区域布置三个应变片： 因为材料是各向同性，所以x,y方向并不一定是水平和竖直方向，但两者一定要垂直，中间一个一定要和x,y方向成45°角。 （2）根据测的应变和材料性能，计算应力 测得的三个应变，分别记为εx, εy, εxy。两个主应力（假设只有弹性变形）： 其中，E为材料的弹性模量，μ为泊松比。根据这两个主应力，可以计算出有些方法可能需要的等效应力（主要目的是将多分量的应力状态转化为一个数值，以方便应用材料的疲劳数据），如米塞斯等效应力：
()()222122121σσσσσ++-=m 或最大剪应力： ()2121 σσστ-= 实际测量的是应变-时间谱图，应力（或等效应力）-时间谱图可由上述公式计算。 （３）分解谱图 就是对上面测得的应力（应变）－时间谱图进行分解统计，计算出不同应力（包括幅度和平均值）循环下的次数，以便计算累积的损伤。最常用的是雨流法（rainflow counting method ）。 2 获取材料数据 如果载荷频率不高，可以做一组简单的疲劳测试（正弦应力，拉压或弯曲均可，有国家标准）： 得到一条应力-寿命（即循环次数）曲线，即所谓的S-N 曲线：
1：如果载荷频率较高或温度变化较大，还要测量不同平均应力和不同温度下的S-N 载荷，以便进行插值计算，因为此时平均应力对寿命有影响。也可以根据不同的经验公式（如Ｇｏｏｄｍａｎ准则，Ｇｅｒｂｅｒ准则等），以及其他材料性能（如拉伸强度，破坏强度等），由普通的Ｓ－Ｎ曲线（即平均应力为０）来计算平均应力不为零时对应的疲劳寿命。 2：如果材料数据极为有限，或者公司很穷很懒不愿做疲劳试验，也可以由材料的强度估算疲劳性能。 3：:如果出现塑性应变，累计损伤一般基于应变－寿命曲线（即Ｅ－Ｎ曲线），所以需要施加应变载荷。 3 损伤计算 到目前为止，疲劳分析基本上是基于经验公式，还没有完全统一的理论。损伤 累积的计算方法有很多种，最常用的是线性累计损伤（即Ｍiner 准则）， 但其结果不保守，计算得到的寿命偏高。 ∑∑≥=0.1,f i i i N n D 准确度比较高的累计准则是双线性准则，并且计算比“破坏曲线法”要容易，所以，是一个很好的折衷选择。
workbench与其他软件联合疲劳寿命分析
联合 ANSYS WORKBENCH和DESIGNLIFE进行疲劳分析 分类： CAE 疲劳分析 ansys 疲劳失效是机械零部件失效的主要形式。如何对这些结构进行有效的疲劳分析，引起了很多产品设计工程师的关注。对于一般零部件的疲劳分析，并没有理论公式可以解决，几乎都是依据有限元技术以及疲劳分析技术。因此联合有限元分析软件和疲劳分析软件，对这些零部件进行疲劳分析，是解决这类问题的有效途径。 ANSYS WORKBENH是世界上著名的以多物理场分析为特色的有限元分析软件，而DESIGNLIFE是NCODE公司的功能强大的疲劳分析软件。本文以材料力学中中一根变截面轴的弯扭组合的疲劳分析为例，说明如何联合这两款软件对之进行疲劳分析。 问题描述如下： 一根变截面轴，左边轴段（蓝色部分）固定，而在最右边轴段上（红色部分）施加一个1N 的集中力（它导致弯曲变形）和一个1000Nmm的集中力偶（它导致扭转变形）， 对于这两种载荷的时间历程，使用力传感器进行测定94秒，得到如下图所示的时间历程曲线。 上图中的红色曲线图反应了集中力随时间的变化规律，横坐标是时间，单位是秒，这里测试了94秒。而纵坐标是载荷的大小。从图中可以看出，最大的载荷是18KN左右，而且也可
以看到，载荷的变化很不规则，并非理想的循环方式。而蓝色曲线反应的是集中力偶随时间变化的规律，其幅值在-2717到2834之间改变。 该轴的材料已经给定，是碳钢SAE1045_390_QT. 现在要求对该轴进行疲劳分析。 使用WORKBENCH和DESIGNLIFE对之进行疲劳分析，分为两步。第一步是在WORKBENCH中建立有限元模型，并分别施加集中力和集中力偶，通过计算，得到两种情况的米塞斯应力，这相当于两种工况，这样可以得到ANSYS WORKBENCH的结构分析结果文件*.rst.第二步在DESIGNLIFE中进行，首先根据疲劳分析的五框图，构造疲劳分析流程，然后分别设定各个框图的属性，即有限元结果文件，载荷文件，材料文件，疲劳分析选项，然后启动分析，通过后处理以查看轴上各点的疲劳寿命。 1. WORKBENCH中建立有限元模型并进行分析。 （1）使用designmodeler创建几何模型。 （2）设置材料属性。 （3）划分网格。 （4）设置分析选项。 这里设置两个载荷步，其目的只是分开弯曲和扭转这两种工况。
abaqus与fatigue结合疲劳分析
a b a q u s与f a t i g u e结 合疲劳分析 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
Fatigue 分析实例 为如图1所示的中心孔板，材料为LY12-CZ ，板宽50mm,孔直径为8mm ，板厚1mm 。LY12-CZ 铝板弹性模量GPa E 68=，强度极限MPa b 482=σ。在板的两边施加1MPa 的均布拉应力。 图1 中心孔板结构示意图 1、应力计算结果与分析 对上述模型进行有限元计算，结果应力云图如图2所示。
图2 应力云图 2、*.Fil文件说明 *.fil文件是ABAQUS的一种二进制输出文件，供其他软件（如Patran）后处理使用，如生成X-Y曲线，制作二维表格等，可以输出的项目包括：单元、节点、接触面、能量、模态、梁截面等的输出信息，输出的方法是在INP文件中增加输出指令， 生成*.fil文件的步骤如下 对ABAQUS/Standard，可以直接输出.fil文件，步骤如下： 在inp文件中，step步骤之后， end step步骤之前，加上以下内容：
*NODE FILE RF,U,V **输出节点的作用力(RF)，位移(U,V)到*.fil中 *EL FILE S,E **输出单元应力(S)，应变(E)到*.fil中 在abaqus的job界面重新运行inp文件，即可得到对应的fil文件3、疲劳寿命估算 疲劳寿命估算需用到软件中的模块。如图3所示，位于的Tools菜单下，点击Main Interface即可进入模块主界面。 图3 在中进入界面
疲劳分析步骤
现在要求对该轴进行疲劳分析。 使用WORKBENCH和DESIGNLIFE对之进行疲劳分析，分为两步。第一步是在WORKBENCH中建立有限元模型，并分别施加集中力和集中力偶，通过计算，得到两种情况的米塞斯应力，这相当于两种工况，这样可以得到ANSYS WORKBENCH的结构分析结果文件*.rst.第二步在DESIGNLIFE中进行，首先根据疲劳分析的五框图，构造疲劳分析流程，然后分别设定各个框图的属性，即有限元结果文件，载荷文件，材料文件，疲劳分析选项，然后启动分析，通过后处理以查看轴上各点的疲劳寿命。 1. WORKBENCH中建立有限元模型并进行分析。 （1）使用designmodeler创建几何模型。 （2）设置材料属性。 （3）划分网格。 （4）设置分析选项。 这里设置两个载荷步，其目的只是分开弯曲和扭转这两种工况。
（5）设置固定边界条件 （6）施加集中力和集中力偶。 第一个载荷步施加集中力，而第二个载荷步施加集中力偶。 （7）分析。 （8）得到两种情况的米塞斯应力。
左边的云图取自第一个载荷步，它是弯曲产生的应力云图。 右边的云图来自第二个载荷步，它是扭转产生的应力云图。 计算完毕后，保存结果，退出ANSYS WORKBENCH. 2. DESIGNLIFE中的疲劳分析。 （1）绘制疲劳分析流程图。 打开designlife，创建分析流程图如下。 该流程图中，左边时输入（左上是有限元结果输入，左下是载荷的时间历程曲线输入），中间是疲劳分析模块（这里是应变寿命疲劳分析），右边是输出（右上是有限元分析结果显示，右下是列表输出危险点的情况）。 （2）关联有限元分析结果文件
结构疲劳分析技术新进展
媒体文章 结构疲劳分析技术新进展 安世亚太 雷先华 众所周知，疲劳累积损伤是导致航空产品结构失效的主要原因之一，而结构失效往往给航空器带来灾难性后果，因而在现代航空产品设计中通常要求进行较为准确的结构疲劳寿命预测。由于疲劳的形式和影响结构疲劳的因素都非常繁多，因而并没有一套放之四海而皆准的疲劳寿命预测算法，多数算法都只能在某些特定情况下才能获得满足工程精度要求的预测结果。现代疲劳分析软件通常需要在通用疲劳算法的丰富性和先进性（核心）、有限元应力应变计算的准确性和精确性（基础）、以及针对特殊疲劳问题进行处理的方法多样性和完整性（全面）等方面进行持续不断的改进方能较好地满足工程设计的要求。下面我们以安世亚太高级疲劳分析软件Fe-safe为例，简要阐述其在这些方面的新进展。 1．基于临界平面法的精确多轴疲劳算法 航空器上的零部件通常都是在多轴疲劳载荷作用下工作，此时，材料的循环应力应变关系由于受到加载路径的影响而变得相当复杂。目前，多轴疲劳破坏的准则主要有三大类：应力准则、应变准则和能量准则。众多分析及试验对比证明，组合最大剪应变和法向应变的Brown-Miller准则和Wang-Brown准则对于韧性材料具有最好的计算精度，而主应变准则则适合于脆性材料。 对于航空结构中常见的、而且是最复杂的多轴非比例加载情况，由于载荷间的相位关系在不断变化，结构中每个位置点处的主应力/应变、最大剪应力/应变等参数的方向（所在平面）都是随加载历程而不断变化的，也就是说损伤累积在每个位置处都有方向性。对于很多软件所采用的Wang-Brown准则，它无法直接考虑这种方向变化性，只是利用了一个附加的材料参数来考虑法向应变对裂纹萌生的影响。 Fe-safe独特地提供了“临界平面”算法来配合Brown-Miller准则、主应变准则等，以获得最好的计算精度。临界平面法的核心思想是：将每个位置处的应变分解到按某种规律变化的一系列平面上，计算每个平面上的损伤，以这些平面中的最小寿命作为该位置的寿命。 2．独特的焊接结构疲劳算法 焊接连接是航空器上非常常见的结构连接方式，在航空结构设计中具有非常重要的地位，但焊接部位同时也是最容易产生疲劳裂纹问题的位置。现有疲劳分析软件几乎无一例外都是按照“焊接分类”（如英国BS7608标准）的方法来进行焊接结构疲劳分析的，该方法在大量工程实例的基础上根据预期的疲劳裂纹位置而将焊接结构分为数个类型（B、C、D、E、F、F2、G、W等），每个类型对应一条相互平行的S-N曲线用于疲劳评估。因此，在焊接结构疲劳分析中存在两个主要问题极大地影响了其工程应用：一是焊接分类的标准难以把握（事实上焊接类型是无穷多的）；二是由于焊接位置通常都是应力集中位置，难以精确计算应力分布。
Msc.Fatigue疲劳分析实例指导教程
第三章疲劳载荷谱的统计处理 3.1 疲劳载荷谱的统计处理理论基础 3.1.1 数字化滤波 频率分析的典型参量是功率谱密度（PSD），如像确定频率为4Hz对应的幅值的均方根值，只需要求取功率谱密度下对应的3.5-4Hz之间的面积。 3.1.2 雨流计数法 循环计数法：将不规则的随机载荷-时间历程，转化为一系列循环的方法。 3.2 数据的导入与显示 （1）新建：File>New （2）导入：Tools>Fatigue Utilities>File Conversion Utilities>Covert ASCII.dac to Binary...>Single Channel（设置，注意Header Lines to skip要跳过的行数）>exit （3）查看：Tools>Fatigue Utilities>Graphic Display>Quick Look Display 1）放大：View>Window X，输入X的最值 2）读取：①左击任何位置，状态栏显示②数据轨迹：Display>Track 3）显示数据点：Display>Join Points；显示实线图：Display>Join 4）网格和可选坐标轴：Axes>Axes Type/Grid 5）显示某段时间信号的统计信息：Display>Wstats，放大 3.3 数字滤波去除电压干扰信号 （1）载荷时间历程的PSD分析 1）File>New 2）Tools>Fatigue Utilities>Advanced Load Utilities>Auto Spectral density （2）信号的滤波 1）Tools>Fatigue Utilites>Advanced Load Utilities>Fast Fourier Filtering 2）比较滤波前后结果：Tools>Fatigue Utilities>Graphic Display>Multi-file Display （3）滤波稳定性检查：比较前后PSD，多文件叠加显示 第四章应力疲劳分析 4.2 载荷谱块的创建与疲劳寿命计算 （1）创建载荷谱块：Tools>Fatigur Utility>Load Management>Add an Entry>Block program （2）疲劳分析：Tools>Fatigue Utilities>Advanced fatigue utilities>选方法 4.3 零部件疲劳分析 （1）导入有限元模型及应力结果：工具栏Import>Action、Object、Method，查看Results （2）疲劳分析 1）设置疲劳分析方法：工具栏Analysis，设置 2）设置疲劳载荷 ①创建载荷时间历程文件Loading info>Time History Manager ②将有限元分析工况与时间载荷关联：Loading Info>Load case空白>Get/Filte result...
有限元软件进行疲劳分析的若干问题
首先要明确我们大体上遇到的疲劳问题均为高周疲劳问题（当然不排除个别如压力容器和燃气轮机的零件疲劳问题），应力水平较低，破坏循环次数一般大于十的四次方或五次方。疲劳设计和寿命预测方法一般有无限长寿命设计法和有限寿命设计法。无限寿命设计法使用的是S-N曲线的右段水平部分（疲劳极限），而有限寿命设计法使用的是S-N曲线的左段斜线部分。有限寿命设计的设计应力一般高于疲劳极限，这时就不能只考虑最高应力，而要按照一定的累积损伤理论估算总的疲劳损伤。 大多数零件所受循环载荷的幅值都是变化的，也就是说，大多数零件都是在变幅载荷下工作。变幅载荷下的疲劳破坏，是不同频率和幅值的载荷所造成的损伤逐渐积累的结果。因此，疲劳累计损伤是有限寿命设计的核心问题。 一般常用三种累积损伤理论，其各自适用范围如下： 线性疲劳累积损伤理论适合于高周疲劳寿命计算，可较好地预测疲劳寿命均值。线性累计损伤理论指的是损伤积累与循环次数成线性关系，包括Miner法则和相对Miner法则；Miner 理论的表达式为（D为损伤） 修正的线性疲劳累积损伤理论适合于低周疲劳寿命计算； 而非线性疲劳累积损伤理论对二级加载情况的疲劳寿命估算比较有效。非线性累计损伤理论包括损伤曲线法和Corten-Dolan理论。 要注意的是，只有当应力高于疲劳极限时，每一循环使结构产生一定量的损伤，这种损伤是累积的；当应力低于疲劳极限时，由于此时N将无穷大，因此，它的循环便不必考虑。 国内外常用的疲劳设计方法-安全寿命法的具体步骤为： 1. 得到用于疲劳计算的载荷谱； 2. 计算构件各位置的应力历程； 3. 利用计数法（如雨流法）将应力历程整理为不同应力幅及其相应的循环次数； 4. 由S-N曲线得到应力幅对应的使用极限； 5. 利用累积损伤理论（如Miner准则）计算总损伤； 6. 计算安全寿命Ts=TL/D MSC.Fatigue软件与此方法结合的很好，然而，有限元法解决实际工程中的疲劳问题还有一些问题： 1. 目前疲劳理论对于材料微裂纹的形成和扩展过程中的某些效应无法全面彻底地分析其机理，因此在此基础上发展而来的各种方法在某些情况下可能导致结果误差很大； 2. 各种疲劳分析有限元法对应力类型及作用方式十分敏感，而实际工程中这些因素往往无法精确得到，造成结果分散性相当大； 3. 很难预先判断易发生疲劳破坏的危险区域，而想要对其中所有可能发生初始裂纹的节点进行细化建模分析目前显然不太现实； 4. 不确定因素如载荷时间历程的复杂性、模型试验结果的分散性、残余应力及腐蚀影响等，可能导致结果与实际情况存在量级上的偏差。 对于常用的疲劳分析软件Fatigue，其自带三种分析方法适用范围如下： 1. S-N曲线总寿命分析法： 疲劳寿命相当长的结构，且很少发生塑性变形； 裂纹初始化及裂纹扩展模型不适用的结构如复合材料、焊接材料、塑料以及一些非钢结构；已有针对结构的大量现成S-N数据的情形； 焊接热点区域疲劳分析以及随机振动引发的疲劳问题。 2. 适用裂纹初始化分析法的情形： 基本没有缺陷的金属构件；
疲劳分析软件 ANSYS FE_SAFE 简介(转)
问题1：ANSYS后处理疲劳功能与ANSYS/Fe-safe疲劳功能的关系是什么？ 回答1：ANSYS后处理疲劳功能是依据线性累积损伤理论，利用S-N曲线、应力时间历程以及雨流计数技术直接计算疲劳寿命使用系数，属于简单的名义应力疲劳寿命评估，对疲劳的影响因素的考虑有限，适用于粗略估算。ANSYS/Fe-safe则是专用的高级疲劳分析模块，采用先进的单/双轴疲劳计算方法，允许计算弹性或弹塑性载荷历程，综合多种影响因素（如平均应力、应力集中、缺口敏感性、（焊接成型等）初始应力、表面光洁度、表面加工性质等），按照累积损伤理论和雨流计数，根据各种应力或应变进行疲劳寿命和耐久性分析设计，或者根据疲劳材料以及载荷的概率统计规律进行概率疲劳设计以及疲劳可靠性设计，或者按照断裂力学损伤容限法计算裂纹扩展寿命。Fe-safe疲劳计算技术先进，精度很高，广泛实用于各类金属、非金属以及合金等材料。总之，ANSYS后处理疲劳功能仅仅是Fe-safe疲劳功能的一个很少部分，Fe-safe作为复杂环境下的疲劳耐久性计算是ANSYS疲劳的补充与延伸。 问题2：什么是高周疲劳和低周疲劳？它们与应力疲劳法和应变疲劳法之间的关系是什么？ 回答2：根据疲劳断裂时交变载荷作用的总周次，疲劳可分为低周疲劳、中周疲劳和高周疲劳。一般将断裂时的总周次在以下时，称为低周疲劳；断裂时的总周次大于时，称为高周疲劳。在高周疲劳中，构件在破坏之前一般仅发生极小的弹性变形，而在低周疲劳中，应力往往大到足以使每个循环产生可观的宏观的塑性变形。因此，低周疲劳较高周疲劳而言显示出了延性状态。高周疲劳传统上用应力范围来描述疲劳破坏所需的时间或循环数，即按应力疲劳法评估疲劳寿命。低周疲劳（短寿命）传统上用应变范围来描述全塑性区域疲劳破坏所需的时间或循环数，即按(局部)应变疲劳法评估疲劳寿命。 ANSYS FE-SAFE是一款高级疲劳耐久性分析和信号处理的软件，它是多轴疲劳分析解决方案的领导者，算法先进，功能全面细致，是世界公认精度最高的疲劳分析软件。 ANSYS FE-SAFE既支持基于疲劳试验测试应力和应变信号的疲劳分析技术，也支持基于有限元分析计算的疲劳仿真设计技术。 ANSYS FE-SAFE具有完整的材料库、灵活多变的载荷谱定义方法、实用的疲劳信号采集与分析处理功能以及丰富先进的疲劳算法，完整的输出疲劳结果。 疲劳分析软件ANSYS FE_SAFE 简介（转） 来源：刘兴兴的日志
ansys workbench疲劳分析流程
ansys workbench疲劳分析流程 基于S-N曲线的疲劳分析的最终目的是将变化无规律的多轴应力转化为简单的单轴应力循环，以便查询S-N曲线，得到相应的疲劳寿命。ansys workbench的疲劳分析模块采用如下流程，其中r=Smin/Smax，Sa为应力幅度，Sm应力循环中的应力均值，注意后一个m不是大写：）： （1）无规律多轴应力-->无规律单轴应力 这个转换其实就是采用何种应力（或分量）。只能有以下选择： V on-Mises等效应力；最大剪应力；最大主应力；或某一应力分量（Sx,Syz等等）。有时也采用带符号的Mises应力（大小不变等于Mises应力，符号取最大主应力的符号，好处是可以考虑拉或压的影响（反映在平均应力或r上））。同强度理论类似，V on-Mises等效应力和最大剪应力转换适用于延展性较好的材料，最大主应力转换用于脆性材料。 （2）无规律单轴应力-->简单单轴应力循环 其本质是从无规律的高高低低的等效单轴应力--时间曲线中提取出一系列的简单应力循环（用Sa,Sm表征）以及对应的次数。有很多种方法可以完成此计数和统计工作，其中又分为路径相关方法和路径无关方法。用途 最广的雨流法(rain flow counting method)就是一种路径相关方法。其算法和原理可见“Downing, S., Socie, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue,4, 31–40“。 经过雨流法的处理后，无规律的应力--时间曲线转化为一系列的简单循环（Sa,Sm和ni,ni为该循环的次数，Sm如果不等于0，即r!=-1，需要考虑r的影响）。然后将r!=-1的循环再转化到r=-1对应的应力循环（见下），这样就可以根据损伤累计理论（Miner准则）计算分析了：Sum(ni/Ni) Ni为该应力循环对应的寿命（考虑Sa,Sm）。 （3）r!=-1的简单单轴应力循环-->r=-1的r!=-1的简单单轴应力循环 如果有不同r值下的S-N曲线，一般采用插值方法确定未知r值下的S-N曲线。如果只有r=-1的S-N曲线，可采用如下的公式计算等效的应力（就是将r！＝－1的单轴应力转换为r=-1时的单轴应力，即等效应力）： （Sa/Se)+(Sm/Su)^n=1 ^为指数运算符。 其中，Sa为半应力幅值，Se为欲求的等效应力，Sm为平均应力，Su和n不同的取值，构成不同的理论： Theory Su n ------------------------------------------------------------------ Soderberg yield stress (sy) 1 Goodman ultimate tensile stress (su) 1 Gerber ultimate tensile stress (su) 2 Morrow true fracture stress (sf) 1 ----------------------------------------------------------------- 至此，已经可以查询标准的S-N曲线了，结合Miner准则，可以计算疲劳寿命了。
UM软件入门系列教程05：疲劳耐久性仿真-pub
目录 1．模块功能简介 (1) 2．柔性平台模型 (3) 2.1模型简介 (3) 2.2工作流程 (3) 2.3动力学计算 (4) 2.4应力载荷谱分析 (8) 2.4.1载荷工况描述 (9) 2.4.2初始化Sensor节点组 (15) 2.4.3设置应力载荷谱评估参数 (17) 2.4.4保存项目 (18) 2.4.5计算应力载荷时程 (19) 2.4.6应力载荷时程分析结果 (20) 2.5疲劳耐久性分析 (25) 2.5.1设置疲劳耐久性分析方法 (25) 2.5.2选择控制区域 (27) 2.5.3疲劳耐久性分析 (35) 2.5.4结果分析 (35)
1．模块功能简介 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。 仿真流程如图 1.1所示。
ansys-workbench疲劳分析流程
ansys workbench困乏分析流程 基于S-N曲线的困乏分析的最终目的是将变化无规律的多轴应力转化为简单的单轴应力循环，以便查询S-N曲线，得到相应的困乏寿命。ansysworkbench 的困乏分析模块采用如下流程，其中r=Smin/Smax，Sa为应力幅度，Sm应力循环中的应力均值，注意后一个m不是大写：）： （1）无规律多轴应力-->无规律单轴应力 这个转换其实就是采用何种应力（或分量）。只能有以下选择： Von-Mises等效应力；最大剪应力；最大主应力；或某一应力分量（Sx,Syz 等等）。有时也采用带符号的Mises应力（大小不变等于Mises应力，符号取最大主应力的符号，好处是可以考虑拉或压的影响（反映在平衡应力或r 上））。同强度理论类似，Von-Mises等效应力和最大剪应力转换适用于延展性较好的材料，最大主应力转换用于脆性材料。 （2）无规律单轴应力-->简单单轴应力循环 其本质是从无规律的高高低低的等效单轴应力--时间曲线中提取出一系列的简单应力循环（用Sa,Sm表征）以及对应的次数。有很多种方法可以完成此计数和统计工作，其中又分为路径相关方法和路径无关方法。用途 最广的雨流法(rainflowcountingmethod)就是一种路径相关方法。其算法和原理可见“Downing, S., Socie, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue,4, 31–40“。 经过雨流法的处理后，无规律的应力--时间曲线转化为一系列的简单循环（Sa,Sm和ni,ni为该循环的次数，Sm如果不等于0，即r!=-1，需要考虑r的影响）。然后将r!=-1的循环再转化到r=-1对应的应力循环（见下），这样就可以根据损伤累计理论（Miner准则）计算分析了：Sum(ni/Ni) Ni为该应力循环对应的寿命（考虑Sa,Sm）。 （3）r!=-1的简单单轴应力循环-->r=-1的r!=-1的简单单轴应力循环
经典—疲劳分析
疲劳分析软件ANSYS FE_SAFE 简介（转） 来源：刘兴兴的日志 ANSYS FE_SAFE 产品投放市场后，如果在耐久性方面出现问题将会造成许多新产品失去竞争力，给企业带来巨大的经济损失，同时又使企业形象蒙受巨大的负面影响。在中国，由于疲劳耐久性与可靠性不过关造成的产品问题更是普遍存在，是国产产品缺乏国际竞争力的最重要因素之一。国际上，每年因结构疲劳的原因，大量产品在其有效寿命期内报废，由于疲劳破坏而造成的恶性事故也时有出现。据统计，欧洲每年早期断裂造成的损失达800亿欧元，而美国每年早期断裂造成的损失达1190亿美元，其中95% 是由于疲劳引起的断裂。而通过应用疲劳耐久性分析技术，其中的50%是可以避免的，因此许多企业将疲劳耐久性定为产品质量控制的重要指标。 在传统的设计过程中，设计人员在概念或详细设计阶段通常使用简单而不真实的计算来估计产品的寿命，而对这些估计寿命的验证通常是通过一定量物理样机的耐久试验得到，不但试验周期长、耗资巨大，而且许多相关参数与失效的定量关系也不可能在试验中得出，试验结论还可能受许多偶然因素的影响。因此对于产品疲劳寿命的仿真分析方法越来越受到产品设计人员的关注。 ANSYS FE-SAFE是美国ANSYS公司与英国安全技术公司（SAFE TECHNOLOGY LIMITED）紧密合作的产品，是进行结构疲劳耐久性分析的专用软件。在软件开发过程中，每年投资数百万美元用于研发，并进行了大量的材料参数实验和实际结构件的试验验证。 在产品设计阶段使用ANSYS FE-SAFE，可在物理样机制造之前进行疲劳分析和优化设计，真实地预测产品的寿命，实现等寿命周期设计。设计阶段的耐久性分析可以显著缩短产品推向市场的时间、提高产品可靠性，极大地降低制造物理样机和进行耐久性试验所带来的巨额研发费用。ANSYS FE-SAFE耐久性分析技术可广泛应用于从空间站、飞机发动机到汽车、火车；从空调、洗衣机等家电产品到电子通讯系统；从舰船到石化设备；从内燃机、核能、电站设备到通用机械等各个领域。 疲劳分析及概念 >疲劳破坏的概念 当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，在应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏。这种在交变载荷持续作用下材料或结构的破坏现象，就叫做疲劳破坏。 >疲劳破坏的特征 材料力学是根据静力试验来确定材料的机械性能（比如弹性极限、屈服极限、强度极限）的，这些机械性能没有充分反映材料在交变载荷作用下的特性。因此，在交变载荷作用下工作的零件和构件，如果还是按静载荷去设计，在使用过程中往往就会发生突如其来的破坏。 >疲劳破坏与传统静力破坏的本质区别
abaqus与fatigue结合疲劳分析
Fatigue 分析实例 为如图1所示的中心孔板，材料为L Y12-CZ ，板宽50mm,孔直径为8mm ，板厚1mm 。LY12-CZ 铝板弹性模量GPa E 68=，强度极限MPa b 482=σ。在板的两边施加1MPa 的均布拉应力。 图1 中心孔板结构示意图 1、应力计算结果与分析 对上述模型进行有限元计算，结果应力云图如图2所示。
图2 应力云图 2、*.Fil文件说明 *.fil文件是ABAQUS的一种二进制输出文件，供其他软件（如Patran）后处理使用，如生成X-Y曲线，制作二维表格等，可以输出的项目包括：单元、节点、接触面、能量、模态、梁截面等的输出信息，输出的方法是在INP文件中增加输出指令， 生成*.fil文件的步骤如下 对ABAQUS/Standard，可以直接输出.fil文件，步骤如下： 在inp文件中，step步骤之后， end step步骤之前，加上以下内容：*NODE FILE
RF,U,V **输出节点的作用力(RF)，位移(U,V)到*.fil中 *EL FILE S,E **输出单元应力(S)，应变(E)到*.fil中 在abaqus的job界面重新运行inp文件，即可得到对应的fil文件3、疲劳寿命估算 疲劳寿命估算需用到MSC.Patran软件中的MSC.Fatigue模块。如图3所示，MSC.Fatigue位于MSC.Patran的Tools菜单下，点击Main Interface即可进入MSC.Fatigue模块主界面。 图3 在MSC.Patran中进入MSC.Fatigue界面
对结构施加的疲劳载荷谱见表1。 表1 名义应力谱 级数Smax Smin 循环次数 1 318 -121 2 2 176 41 982 将载荷谱导入MSC.Fatigue后显示如图4所示。 图4载荷谱块谱示意图 将模型的结果文件（.fil文件）导入MSC.Patran中，点击输入材料和载荷谱信息，进行寿命估算，得到模型的对数寿命云图，如图5所示。
虚拟疲劳分析软件DesignLife应用案例
虚拟疲劳分析软件DesignLife 应用案例 作者：英国nCode 国际有限公司 林晓斌 传统的汽车整车和零部件开发 通常都通过产品在试验室中的台架耐久性试验，或试车场道路试验，以验证产品是否满足其设计目标，这一过程周期很长，成本很高，发现问题较晚。在当今的产品开发中，汽车企业越来越多地应用虚拟模拟分析技术，在实物样机出来之前就对其进行疲劳耐久性预测，在设计的早期消除不合格的设计，并通过设计比较，挑选出好的设计。实践证明，进行虚拟寿命分析，能大大加快产品的开发，减少试验的工作量，节省成本。 新一代CAE 疲劳分析软件ICE-flow DesignLife 是nCode 公司的旗舰产品之一。它不仅继承了已经在工程上得到广泛应用的FE-Fatigue 的功能特点，而且在软件的使用方便性方面也有了极大的改进。本文首先介绍虚拟寿命分析的一般步骤，然后将重点介绍在汽车零部件疲劳分析中应用DesignLife 的几个案例，以帮助读者深入了解并把握虚拟疲劳分析中的一些要点和难点。 典型步骤 疲劳分析是一项较为复杂的工作，通常需要分析者对所分析的问题，以及需要从分析中获得什么样的结果有一个深刻的理解。通常所说的虚拟疲劳分析，指的是基于有限元分析结果的疲劳分析，就是将有限元分析结果，通常是应力应变结果，作为疲劳分析的一个主要输入。通过一个疲劳分析模型，计算出零部件或结构表面的疲劳寿命分布，以帮助判断设计寿命是否达到，或进行寿命优化设计。步骤如下： 1. 选择一个合适的疲劳分析模型 汽车疲劳分析中常用的分析模型有局部应力法、局部应变法、焊点疲劳分析法和焊缝疲劳分析法，另外还有较为复杂的Dang Van 多轴安全因子法、振动疲劳分析和高温疲劳分析等。不同的分析方法需要不同的有限元分析结果和材料性能输入。 2. 准备有限元分析结果
疲劳分析的相关知识(流程)
疲劳分析，从零开始 By ZHANG Chunyu 1 测量应变、应力谱图 （1）衡量应力集中的区域，布置应变片 可以通过模拟（有限元）或试验（原型上涂上一层油漆，待油漆干后施加载荷，油漆剥落的地方应力集中），确定应力集中的区域，然后按左下图在应力集中区域布置三个应变片： 因为材料是各向同性，所以x,y方向并不一定是水平和竖直方向，但两者一定要垂直，中间一个一定要和x,y方向成45°角。三个应变片也可以重叠在一起（见右上图）。 （2）根据测的应变和材料性能，计算应力 测得的三个应变，分别记为ε x , ε y , ε xy 。两个主应力（假设只有弹性变 形）：
其中，E 为材料的杨氏模量，μ为泊松比。根据这两个主应力，可以计算出有些方法可能需要的等效应力（主要目的是将多分量的应力状态转化为一个数值，以方便应用材料的疲劳数据），如米塞斯等效应力： ()() 222122121σσσσσ++-=m 或最大剪应力： ()2121 σσστ-= 实际测量的是应变-时间谱图，应力（或等效应力）-时间谱图可由上述公式计算。 （３）分解谱图 就是对上面测得的应力（应变）－时间谱图进行分解统计，计算出不同应力（包括幅度和平均值）循环下的次数，以便计算累积的损伤。最常用的是雨流法（rainflow counting method ）。 2 获取材料数据 如果载荷频率不高，可以做一组简单的疲劳测试（正弦应力，拉压或弯曲均可，有国家标准）： 得到一条应力-寿命（即循环次数）曲线，即所谓的S-N 曲线：
如果载荷频率较高或温度变化较大，还要测量不同平均应力和不同温度下的S-N 载荷，以便进行插值计算，因为此时平均应力对寿命有影响。也可以根据不同的经验公式（如Ｇｏｏｄｍａｎ准则，Ｇｅｒｂｅｒ准则等），以及其他材料性能（如拉伸强度，破坏强度等），由普通的Ｓ－Ｎ曲线（即平均应力为０）来计算平均应力不为零时对应的疲劳寿命。 如果材料数据极为有限，或者公司很穷很懒不愿做疲劳试验，也可以由材料的强度估算疲劳性能。 如果出现塑性应变，累计损伤一般基于应变－寿命曲线（即Ｅ－Ｎ曲线），所以需要施加应变载荷。 3 损伤计算 到目前为止，疲劳分析基本上是基于经验公式，还没有完全统一的理论。损伤累积的计算方法有很多种，最常用的是线性累计损伤（即Ｍｉｎｅｒ准则），但其结果不保守，计算得到的寿命偏高。 准确度比较高的累计准则是双线性准则，并且计算比“破坏曲线法”要容易，所以，是一个很好的折衷选择。 ４软件开发 很适合使用面向对象语言（如Ｃ＋＋）来设计疲劳分析软件或专家系统。材料，载荷和损伤累计各一个模块，便于扩充。