Tutoriel sur l'outil de fatigue à amplitude variable et historique temporel de SOLIDWORKS Simulation

Qu'est-ce que la fatigue à amplitude variable et comment fonctionne-t-elle ?

Les études de fatigue simulent la durée de vie et les dommages d'une pièce ou d'un assemblage dus à des charges répétées.SOLIDWORKS Simulationdispose d'un outil puissant appeléFatigue liée à l'historique temporel de l'amplitude variable qui simule les dommages dus à des charges d'amplitude, vous l'aurez deviné, variable. Ces études peuvent aider à comprendre la durée de vie prévue d'une conception utilisant des charges variables réalistes. 

Avant d'utiliser cet outil, sachez que vous avez besoin de données de charge expérimentales pour son fonctionnement. L'étude de fatigue à amplitude variable et historique temporel dans SOLIDWORKS Simulation utilise le comptage Rainflow. Ce comptage est la norme de l'industrie pour simplifier les données de charge. Nous n'avons donc pas besoin d'exécuter une simulation dynamique non linéaire complète sur un ensemble de données de test complet. 

Le comptage Rainflow remplace les données de charge variable par une série d'analyses de fatigue à amplitude constante. Le comptage Rainflow dans SOLIDWORKS Simulation exécute quatre fonctions pour simplifier les données. 

1. Filtrage par hystérésis. Ce filtrage supprime les cycles de charge que l'utilisateur juge trop faibles pour être pris en compte dans le pourcentage de la plage maximale.
2. Extrait les pics et les creux et élimine les données intermédiaires
3. Manipule les données pour mieux fonctionner au sein du système
4. Compter les cycles en utilisant le comptage à 4 points 

Pour plus de détails sur Rainflow Counting, lisez Dénombrement des précipitations : qu'est-ce que c'est et comment ça fonctionne ?.

Aperçu deFatigue liée à l'historique temporel de l'amplitude variable

Le principal avantage de la fatigue à amplitude variable est sa capacité à simuler des charges variables réalistes auxquelles la conception sera probablement soumise. Dans cet exemple, je voulais simuler la fatigue d'un longeron d'avion (la poutre principale d'une aile) en vol et j'ai conclu que cet outil serait idéal. J'ai contacté un ami qui fait des recherches sur les avions expérimentaux. Il m'a aimablement fourni les spécifications d'un petit drone à voilure fixe et quelques données d'accélération. Pour notre étude, le drone pèse 10 kg et a une envergure de 90 cm.

Les données sont en gs (32,2 pi/s2), donc on peut calculer rapidement les données de charge en utilisant la deuxième loi de Newton.

Configuration : forme du faisceau

J'ai d'abord dû modéliser le longeron avant de pouvoir simuler sa fatigue. J'ai utilisé une étude topologique pour optimiser une poutre en I simple pour un drone à voilure fixe de 22 livres. Je n'entrerai pas dans les détails ici, mais si vous voulez en savoir plus sur les études topologiques, regardez cette vidéo :Optimisation de la topologie.

J'ai remodelé la poutre d'origine pour qu'elle corresponde approximativement au tracé topologique en supprimant la matière inutile et en ajoutant des congés pour réduire les concentrations de contraintes. La poutre remodelée est illustrée ci-dessous.

Configuration : Événement de chargement

Lors de l'exécution d'une étude de fatigue à amplitude variable, l'utilisateur doit spécifier un événement de chargement. Cet événement doit être basé sur une étude existante. Pour cette étude statique, j'ai appliqué une charge totale de 22 livres, répartie elliptiquement, sur les faces supérieure et inférieure de la poutre. (Cette hypothèse n'est pas parfaite, mais elle est suffisante pour nos besoins.)

Après avoir exécuté l'étude statique, j'ai créé une nouvelle étude de fatigue à amplitude variable.

Une fois l'étude ouverte, la configuration comporte trois étapes à suivre pour obtenir des résultats :

1. Créer Événement de chargement
2. Créer une courbe S-N pour le matériau
3. Exécuter l'étude et afficher les résultats

Création d'un événement de chargement

Pour créer un événement de chargement, cliquez avec le bouton droit de la sourisChargement et sélectionnezAjouter un événement….

Ici, on doit faire trois choses :

1. Obtenez Curve…
2. Appliquer une étude de référence
3. Choisissez les options

Cliquez sur leObtenez Curve…bouton pour créer une courbe d'historique de charge.

Entrez ensuite les options appropriées dans la nouvelle boîte de dialogue. Dans ce cas, j'ai renommé la courbe enAccélération en Z en gs, a quitté leForme comme Défini par l'utilisateur, et a changé leType à Temps et amplitudecomme j'ai à la fois les données de temps et d'amplitude. Je copie ensuite les données d'accélération d'Excel dans la zone de données de courbe.

Ma contribution ressemble à ceci :

Vous remarquerez que les unités sont « sec » pour « X » et « N/A » pour « Y ». La valeur dans la colonne « Y » est la charge normalisée sur l'aile (c'est-à-dire, peu importe le nombre dans les données de charge, la charge simulée sera celle de l'étude statique multipliée par cette valeur). Cliquez D'ACCORDpasser à l'étape suivante.

SOLIDWORKS Simulation sélectionne par défaut l'étude statique la plus récente. Pour modifier l'étude, cliquez simplement sur son nom et un menu déroulant vous proposera les options disponibles. Choisissez celle qui répond le mieux à vos besoins de simulation.

La dernière étape pour ajouter un événement est de choisir les options. La première option estNombre de répétitions. Cette option vous permet de tester le test de simulation (c'est-à-dire l'historique de charge) autant de fois que vous le souhaitez. Par exemple, si vous aviez un test d'une heure et que vous vouliez connaître la fatigue après 1 000 heures, vous saisiriez « 1 000 » dans cette option. On appelle cet ensemble de 1 000 heures le bloc 1.

L'option suivante estheures de début. Lorsque vous utilisez plusieurs événements, cette option vous permet de couper l'extrémité avant des courbes de charge jusqu'au temps spécifié.

Une fois que toutes les options souhaitées sont entrées, cliquez sur la coche verte.

Création d'une courbe S-N

La courbe S-N peut être créée de plusieurs façons et est essentielle à toute analyse de fatigue dans SOLIDWORKS.

Tout d'abord, on va devoir faire un clic droit sur le nouvel objet (dans mon cas, il s'appelle Longeron) dans l'arbre de conception de simulation, qui est apparu depuis qu'on a créé l'événement de chargement. Sélectionnez ensuite Appliquer/Modifier les données de fatigue.

Consultez l'image ci-dessous pour voir les options pour ajouter les courbes S-N à votre simulation. L'utilisateur doit s'assurer que les unités sélectionnées correspondent à la source de données.

Ci-dessous, j'ai entré mes données (obtenues à partir d'une source douteuse en ligne) en utilisant la méthode copier-coller.

Cognez maintenantPostuler, alors Fermer.

Après avoir appliqué la courbe S-N et avant d'exécuter l'étude, il est essentiel de s'assurer que les propriétés de l'étude sont correctement configurées. Faites un clic droit sur le nom de l'étude, puis cliquez sur Propriétés. LeCorrection de la contrainte moyenne.Pour de plus amples renseignements sur chacun de ces paramètres, cliquez sur le bouton Aide.

Courir

Exécutez maintenant l'étude. Deux tracés de résultats sont affichés :Dégât et Vie.

• Le DégâtLe tracé donne le pourcentage de dommages à cet endroit.
• Le Vie le tracé montre l'espérance de vie en blocs (un bloc est l'entrée de données de test pour la courbe de charge répétée autant de fois que vous avez sélectionné dans les options).

Parcelles présentées ci-dessous :

Conclusion

Les études de fatigue à amplitude variable nécessitent une configuration plus complexe que d'autres études et nécessitent des données de charge expérimentales supplémentaires pour fonctionner. Cela dit, l'avantage de charges réalistes peut aider énormément à comprendre le comportement en fatigue.SOLIDWORKS Simulation permet au concepteur de comprendre la durée de vie prévue de la conception, de réduire le prototypage et de se concentrer sur la création de conceptions avec des durées de vie prévues appropriées. L'étude de fatigue à amplitude variable est un outil puissant qui peut économiser du temps et de l'argent sur les conceptions qui sont censées subir des charges répétées et variables.

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