7 étapes pour effectuer une analyse de fatigue dans SOLIDWORKS Simulation

La fatigue est un phénomène observé lorsque des charges et décharges répétées fragilisent un objet au fil du temps, même lorsque les contraintes induites sont considérablement inférieures aux limites de contrainte admissibles. Mise en place d'une analyse de fatigueSOLIDWORKS Simulationnous permettra de déterminer si un produit sera capable de résister aux exigences d'utilisation sur une période donnée et pas seulement si le produit résistera à un seul environnement de charge spécifié.

Une analyse de fatigue réussie peut être effectuée en sept étapes :

1. Déterminer le type de charge lors de la création de l'étude
2. Ajouter des événements
3. Définir les données de fatigue
4. Options de résultats
5. Propriétés de l'étude de fatigue
6. Exécuter l'analyse
7. Post-traiter les résultats

Dans ce blogue, nous allons détailler chacune de ces étapes. Commençons.

#1. Déterminer le type de charge lors de la création de l'étude

En général, il existe deux types d'historiques de chargement disponibles lors de la définition d'une étude de fatigue :chargement à amplitude constante et chargement en amplitude variable.

Cependant, lors de la définition d'une étude de fatigue, quatre options sont disponibles dans la fenêtre de dialogue de la nouvelle étude. Les choix sont :

• Événements d'amplitude constante avec cycles définis
• Données historiques d'amplitude variable
• Fatigue harmonique d'une charge sinusoïdale
• Vibration aléatoire - fatigue des vibrations aléatoires

Tous les cycles d'un événement d'amplitude constante ont les mêmes contraintes alternées et moyennes.

Amplitude constante

Un événement d'amplitude constante est entièrement défini par une contrainte alternée, une contrainte moyenne et le nombre de cycles. Un événement de fatigue peut faire référence à une ou plusieurs études statiques (linéaires et non linéaires), ou à une étape de résolution particulière issue d'études dynamiques non linéaires ou modales. Le logiciel calcule les niveaux de contrainte alternée les plus défavorables pour chaque événement.

Amplitude variable

Un événement d'amplitude variable est un enregistrement d'historique de charge qui définit l'historique des fluctuations d'une charge.

Fatigue harmonique

L'option Fatigue harmonique de chargement sinusoïdal crée une étude de fatigue basée sur les résultats de contrainte en fonction de la fréquence d'une étude dynamique linéaire - harmonique.

Vibration aléatoire

L'option Vibration aléatoire – fatigue des vibrations aléatoires crée une étude de fatigue basée sur les résultats de contrainte en fonction de la fréquence d'une étude de vibration dynamique linéaire – aléatoire.

#2. Ajout d'événements

Pour un événement d'amplitude constante :

1. Entrez le nombre de cycles pour l'événement (par exemple, 1 000 000 de cycles).
2. Précisez le type de chargement.
3. Complètement inversé
   a. Base zéro
   b. Taux de charge
   c. Trouver les pics du cycle
4. Sélectionnez l’étude ou les études de référence à lier à l’événement.

UN Complètement inverséLa charge serait une application où une charge est complètement inversée pendant un nombre défini de cycles (par exemple, une charge de 1 000 lb dans la direction X oscille entre les directions X positive et négative. En substance, le logiciel modifie la valeur de la charge de positive à négative pendant un seul cycle et l'analyse est exécutée pendant un nombre défini de cycles). Le ratio de charge pour une charge complètement inversée est de -1. Le rapport de charge est défini comme la charge minimale divisée par la charge maximale. Cet événement est basé sur une seule étude de référence.

UN Base zéroLa charge serait un cas où la charge varie entre zéro et sa valeur (par exemple, de 0 à 1 000 lb). On pourrait aussi parler de charge tout ou rien. Le ratio de charge pour ce scénario est de 0. Cet événement est basé sur une seule étude de référence.

LeTaux de chargeCette option permet de spécifier un taux de charge défini par l'utilisateur (c'est-à-dire un scénario où l'événement n'est pas totalement inversé ou basé sur zéro). Si le cycle de charge oscille entre -5 lb et +100 lb, le taux de charge est de -0,05 (-5 lb/+100 lb). Cet événement est basé sur une étude de référence.

LeTrouver les pics du cycleLe type d'événement est basé sur plusieurs études de référence. Le programme utilise les résultats de contrainte des études spécifiées pour identifier les pics de cycle produisant la contrainte alternée la plus élevée pour chaque nœud du maillage. Par exemple, si vous évaluez un scénario avec une charge permanente (c'est-à-dire non oscillante),

Pour un événement d'amplitude variable :

1. Appliquer la courbe d'historique de charge variable.
2. Précisez l’étude de référence à lier à l’événement.
3. Spécifiez le nombre de répétitions pour la courbe d'historique de charge et les heures de début si plusieurs événements doivent se produire dans une séquence spécifiée.

Pour la fatigue harmonique d'une charge sinusoïdale :

1. Sélectionnez l’étude Dynamique Linéaire – Harmonique à utiliser pour tous les événements.
2. Sélectionnez l'étape ou la fréquence du tracé.
3. Sélectionnez un facteur d'échelle (pour mettre à l'échelle les contraintes dans l'étude) et le nombre de cycles pour cet événement.

Pour les vibrations aléatoires – fatigue des vibrations aléatoires :

1. Sélectionnez l'étude Dynamique linéaire – Vibration aléatoire à utiliser pour l'événement dans cette étude.
2. Sélectionnez la durée de l'événement.

#3. Définition des données de fatigue

Le logiciel utilise une courbe S-N pour évaluer les résultats de fatigue. Une courbe S-N définit les valeurs de contrainte alternées en fonction du nombre de cycles avant rupture pour un rapport de contrainte donné.

Lors de la définition des études de référence, il est possible de spécifier un matériau pour lequel des données de fatigue sont déjà saisies. Dans la base de données des matériaux SOLIDWORKS, les matériaux dont le nom est précédé de « SN » possèdent déjà une courbe S-N définie. Pour ces matériaux, la courbe S-N est basée sur une charge complètement inversée (c'est-à-dire un rapport de contrainte de -1). Si les études de référence ne comportent pas de données S-N associées à leurs matériaux, ces données peuvent être saisies manuellement.

Il est possible d'appliquer jusqu'à dix courbes S-N calculées empiriquement pour différents rapports de contrainte. Ceci est important pour calculer correctement la contrainte moyenne. Enfin, si l'on utilise un acier austénitique ou un acier au carbone ASME, le logiciel peut dériver la courbe S-N à partir des données S-N ASME connues.

Remarque: Les résultats d’une analyse de fatigue dépendent grandement de la qualité de la ou des courbes S-N d’entrée.

#4. Options de résultats

Les calculs de fatigue peuvent être effectués pour l'une ou l'autre des deux options :

1. Modèle entier (option par défaut)
2. Surface seulement

Le Modèle completl'option calcule les dommages à tous les emplacements (nœuds) du modèle.Surface seulementL'option calcule les dommages aux nœuds de limite uniquement. L'utilisation de cette option permet de gagner du temps, car moins de calculs sont nécessaires.

#5. Propriétés de l'étude de fatigue

Les options d'étude d'amplitude constante incluent la manière de définir l'interaction d'événements d'amplitude constante, la manière de calculer la contrainte alternée et la manière de prendre en compte la contrainte moyenne (type de correction de contrainte moyenne) lorsqu'il n'y a pas suffisamment de courbes SN définies pour tenir compte avec précision de la contrainte moyenne.

Les options d'étude d'amplitude variable incluent la définition du nombre de bacs pour le comptage du débit de pluie ainsi que les options de contrainte alternée et de contrainte moyenne.

Les options d'étude de fatigue harmonique de chargement sinusoïdal incluent comment définir l'interaction d'événements d'amplitude constante, comment calculer les contraintes alternées et comment définir la face de la coque.

Vibration aléatoire – Les options d’étude de la fatigue des vibrations aléatoires incluent la manière de définir la méthode de calcul ainsi que la manière de définir la face de la coque.

#6. Exécutez l'analyse

En règle générale, une analyse de fatigue est effectuée très rapidement. Les études de référence ne sont pas réexécutées.

#7. Post-traiter les résultats

Trois graphiques sont disponibles pour aider à évaluer les résultats de l'analyse :

1. Intrigue de vie
2. Graphique des dégâts
3. Graphique du facteur de sécurité

Leintrigue de vieIndique le nombre de cycles causant une défaillance à un emplacement du modèle (c'est-à-dire un nœud de maillage). Par exemple, un graphique de durée de vie peut afficher un nœud spécifique avec une valeur de 150 000. Cela signifie que ce point peut supporter 150 000 cycles avant défaillance. Le graphique de durée de vie n'est disponible que lorsqu'un seul événement est défini pour l'analyse.

Le parcelle de dommagesIndique le pourcentage de dommages à un emplacement du modèle. Une valeur de 1 indique que l'événement de fatigue défini consomme 100 % de la durée de vie du modèle et qu'il se fissurera à cet emplacement après le nombre de cycles donné.

Le graphique du facteur de sécuritéest très semblable au graphique du facteur de sécurité pour l'analyse statique. Un facteur de sécurité de deux à un endroit du modèle prédit une rupture par fatigue à cet endroit lorsque les charges appliquées sont multipliées par deux.

J'espère que vous avez trouvé ce blogue sur l'analyse de fatigue dans SOLIDWORKS Simulation utile. Fou plus de conseils, d'astuces et de nouvelles du secteur SOLIDWORKSs'abonner.