In Schritt 4 definieren Sie die zyklische Last, die später in der Ermüdungsberechnung verwendet wird.
Das FE-Modell wurde zuvor gelöst und weist lineare statische Spannungsergebnisse für einen einzelnen Lastfall oder mehrere Lastfälle auf.
Um ein zyklisches Ereignis und eine Ermüdungsberechnung zu definieren, muss der Analyst jedem dieser Lastfälle ein „Lastprotokoll“ zuweisen. Das Lastprotokoll beschreibt, wie die im statischen FE-Modell berechneten Spannungen im Laufe der Zeit variieren. Im Assistenten für die Ermüdungsberechnung können Sie anhand des „Lastprotokolls“ einen beliebigen Lastfall oder mehrere Lastfälle skalieren oder kombinieren, um die endgültigen zyklischen Spannungen zu erstellen.
Der Assistent für die Ermüdungsberechnung liest die Ergebnisse für alle im FE-Modell analysierten Lastfälle automatisch ein. Verwenden Sie die in den folgenden Abschnitten beschriebenen Methoden, um Lastfälle zu aktivieren und zu deaktivieren, einzelne Lastkurven für Lastfälle zu definieren und skalare Multiplikatoren für jeden Lastfall zu definieren.
In diesem Schritt werden die Ergebnisse der Analyse mit den Kurven des Lastprotokolls multipliziert. Diese Kurven definieren das Ermüdungsereignis.
Beispiel:
Sie haben eine lineare statische Spannungsanalyse für das FE-Modell ausgeführt.
In diesem Schritt werden die Ergebnisse der Analyse mit einer Kurve des Lastprotokolls multipliziert. Diese Kurve definiert das Ermüdungsereignis.
Beispiel:
Einzellastanalyse
Sie haben eine lineare statische Analyse mit der in der folgenden Abbildung gezeigten Last durchgeführt und die Spannungen überprüft.
Die Last P ist eine statische konstante Last.
In Wirklichkeit kann diese Last jedoch viele Male angewendet und anschließend entfernt werden (siehe folgende Abbildung). Falls erforderlich, bewerten Sie die Leistung Ihres Modells bei Ermüdung für dieses zyklische Ereignis.
Beispiel:
ODER
Diese Bedingungen können mit dem Assistenten für die Ermüdungsberechnung auf einfache Weise erstellt werden.
Die folgenden Schritte beschreiben die Anwendung eines Lastprotokolls auf ein statisches Ereignis. Klicken Sie auf das Feld Lastkurve für den erforderlichen Lastfall Ihrer linearen statischen Analyse. Um beispielsweise eine Lastkurve für Lastfall 3 zu definieren, klicken Sie in die dritte Zeile der Spalte Lastkurve.
In dem angezeigten Formular können Sie Lastkurven auf verschiedene Weise eingeben.
Methode 1: Geben Sie Lastkurvendaten direkt in das Formular ein. Zum Hinzufügen oder Löschen von Zeilen in der Tabelle „Zeit im Verhältnis zu Multiplikator“ klicken Sie mit der rechten Maustaste, und wählen Sie den gewünschten Befehl.
Die zweite Methode ist das Importieren einer Datei mit kommagetrennten Werten (*.csv). Mehrere Kurven werden mit dem Programm installiert. Diese Kurven (*.csv-Dateien) befinden sich im Unterordner \Addins\Fatigue Wizard des Simulation Mechanical-Installationsverzeichnisses (in der Regel C:\Programmdateien\Autodesk\Simulation 20xx ).
Im folgenden Beispiel wird eine importierte CSV-Datei (SAE test data bracket.csv) aus dem Ordner ...\Addins\Fatigue Wizard importiert:
Wenn die Lastkurvendaten in das Formular eingegeben oder importiert und akzeptiert wurden, kehren Sie zum Hauptformular für Schritt 4 zurück. Das Formular wird aktualisiert und zeigt an, dass Lastkurvendaten eingegeben und diesem Lastfall zugewiesen wurden. In diesem Fall ist die Lastkurve für Lastfall 3 Definiert und Aktiv.
Nachdem die Lastkurvendaten für einen Lastfall definiert wurden, können Sie diesen aus der Ermüdungsberechnung entfernen, indem Sie den Lastfall deaktivieren. Klicken Sie auf die Zelle Aktiv, um den Status zu ändern.
Sie können die Lastkurvendaten skalieren. Geben Sie in den Zellen Skalar einen Multiplikator ein (vorgabemäßig festgelegt auf 1.00).
Wichtige Hinweise zu Lastkurven
Die zuvor definierten Lastkurven sind MULTIPLIKATOREN für die Ergebnisse der linearen Spannungsanalyse für jeden aktiven Lastfall. Hier einige Beispiele:
In Analysen verwendete Ermüdungsspannung = Lineare statische Spannung x Lastkurvenmultiplikator.
Wenn beispielsweise die auf das lineare Spannungsmodell angewendete Last eine maximale Last 100 N hat und die Ermüdungsberechnung-Lastkurve über einen Maximalwert von 1.5 verfügt, gilt:
Die Ermüdungsberechnungen verwendete Ermüdungsspannung = 100 N x 1.5 = 150 N.
Sie können eine Last von 1 N auf das lineare statische Modell anwenden und anschließend für die Ermüdungslastkurve den Maximalwert = 150 definieren.
In Analysen verwendete Ermüdungsspannung = 1 N x 100 = 100 N.
Dies führt zum gleichen Ergebnis. Diese Methode der „Einheitslast“ erleichtert die Arbeit und ist die am häufigsten verwendete Methode, um Ermüdungslasten anzuwenden.
Mehrere Lastfälle
Wenn in der Analyse mehrere Lastfälle gelöst werden, können Sie mehrere dieser Lastfälle in der Ermüdungsanalyse verwenden. Im Assistenten für die Ermüdungsberechnung gibt es zwei Methoden, um mehr als einen Lastfall zu verwenden: die Lastfallüberlagerung und eine transiente Methode. Weitere Informationen zu den Grundlagen der einzelnen Methoden finden Sie unter Theoretischer Überblick.
Lastfallüberlagerung
Wenn gleichzeitig mehr als eine Last auf das Modell angewendet wird, können Sie jedem Lastfall getrennte Lastprotokolle zuweisen und die erforderlichen Schritte für die Spannungsskalierung und -überlagerung durchführen.
Führen Sie die zuvor beschriebenen Schritte für jeden der Lastfälle durch, die in der Ermüdungsanalyse erforderlich sind. Die den einzelnen Lastfällen zugewiesenen Lastprotokolle müssen nicht die gleiche Anzahl von Punkten aufweisen, aber sie müssen am gleichen Zeitwert starten und enden. Andernfalls zeigt der Assistent für die Ermüdungsberechnung eine Warnung an.
Nachdem Sie jedem Lastfall Lastprotokolle zugewiesen haben, können Sie jedem Lastfall einen Multiplikator zuweisen. Über die Schaltfläche Aktiv können Sie die einzelnen Lastfälle aktivieren oder deaktivieren.
Um alle Lastfälle in einem einzelnen Diagramm anzuzeigen, klicken Sie auf die Schaltfläche Alle Lastkurven anzeigen (
). Stellen Sie in der angezeigten Ansicht sicher, dass alle Kurven zu den gleichen Zeitpunkten starten und enden.
Transiente Analyse
Eine transiente Analyse unterscheidet sich von der Überlagerungsmethode dadurch, dass keine Lastprotokolle auf die einzelnen Lastfälle angewendet werden. Stattdessen verwendet der Assistent für die Ermüdungsanalyse die Ergebnisse aus den verschiedenen Lastfällen in einer linearen statischen Analyse für die Definition der Spannungsabfolge.
Das Spannungsprotokoll, das den Ermüdungszyklus ergibt, besteht aus einzelnen, aneinander gereihten Spannungszuständen. Eine Überlagerung des Lastfalls ist nicht erforderlich.
Um transiente Informationen einzugeben, wählen Sie die Lastfälle zum Definieren des Zyklus aus, geben ggf. einen Skalierfaktor für die Last an und aktivieren das Kontrollkästchen Transiente Analyse. Die Spalte Lastkurve ist ausgeblendet, während der Modus Transiente Analyse aktiv ist.
Die Reihenfolge der Spannungszustände im Zyklus wird durch die Reihenfolge bestimmt, in der sie im FE-Modell vorkommen. Wenn Sie die transiente Methode verwenden, muss deswegen das FE-Modell für den erwarteten Zyklus der Ermüdungsberechnung richtig eingerichtet sein.
SpektrumanalyseEine Spektrumanalyse ist eine einfache Erweiterung der zuvor beschriebenen transienten Analyse. Die Spektrumanalyse führt ebenfalls keine Lastfallüberlagerung durch. Spannungsprotokolle werden im Assistenten für die Ermüdungsberechnung aus Abfolgen erstellt, die aus einzelnen Lastfällen definiert werden. Der Assistent für die Ermüdungsanalyse verwendet die Ergebnisse aus den verschiedenen Lastfällen in einer linearen statischen Analyse für die Definition der Spannungsabfolge.
Die Spektrumanalyse unterscheidet sich von der einfachen transienten Analyse darin, dass eine zusätzliche Textdatei zur Definition mehrerer Spannungsabfolgen verwendet wird. Die Textdatei dient zum Definieren der Spannungsabfolge (die ein einzelnes Spannungsprotokoll ergibt) und einer Reihe von Wiederholungen dieses Protokolls.
Der Assistent für die Ermüdungsberechnung addiert die Schädigungen für alle Wiederholungen der einzelnen in der Spektrumdatei definierten Spannungszyklen.
Um eine Spektrumanalyse einzurichten, aktivieren Sie das Feld Spektrumanalyse. Anschließend können Sie über einen Klick auf das eingeblendete standardmäßige Dateiauswahl-Symbol eine Spektrumdatei zuweisen. Die Spektrumanalyse erstellt mit den Skalierfaktoren aus dem Dialogfeld in Schritt 4 und den aus der Spektrumdatei gelesenen Skalierfaktoren mehrere Spannungsprotokolle. Für die Berechnung einer Schädigung wird jedes einzelne Spannungsprotokoll verwendet. Diese Schädigung wird dann auf die Anzahl der Wiederholungen des Spannungsprotokolls hochgerechnet (ebenfalls in der Spektrumdatei definiert). Anschließend wird für das gesamte Spektrum ein Bericht über die Gesamtschädigung für die Lebensdauer erstellt.
Das folgende Beispiel beschreibt den Prozess zum Durchführen einer Spektrumanalyse:
Beispiel für Spektrumdatei
Die Spektrumdatei beginnt als Tabelle (beispielsweise in Microsoft Excel) und wird dann als *.CSV-Datei gespeichert.| 5 | |||||
| 10000 | 5000 | 20000 | 100 | 10 | $ |
| 0 | -1 | 1 | 0 | 0 | $ |
| 0.05 | 1 | 0 | 2 | -5 | $ |
| 0 | -1 | 1 | 0 | 0 | $ |
- Die erste Zeile der Spektrumdatei definiert die Anzahl der Lastprotokolle, die in der Datei definiert sind (im Beispiel sind es 5).
- Anschließend soll die Datei in die Anzahl von Spalten aufgeteilt werden, die der Anzahl von Lastprotokollen entspricht.
- In der obersten Zeile der einzelnen Spalten wird die Anzahl der Wiederholungen dieses Lastprotokolls definiert. Im obigen Beispiel wird das in Spalte 1 definierte Lastprotokoll 10000 Mal, das in Spalte 2 definierte Lastprotokoll 5000 Mal und das in Spalte 3 definierte Lastprotokoll 20000 Mal wiederholt.
- Die übrigen Zeilen der einzelnen Spalten sind Multiplikatoren der Spannungen für jeden Lastfall in FEM. (Anmerkung: Diese Multiplikatoren werden zusätzlich zu den Multiplikatoren aus dem Hauptformular von Schritt 4 angewendet!)
- Die Multiplikatoren werden für jede Spalte zur Definition von mehreren Lastprotokollen verwendet, die das gesamte Lastspektrum bilden. Im vorherigen Beispiel setzt sich das vollständige Spektrum aus drei einzelnen Lastprotokollen zusammen.
- Eine Berechnung der Schädigung wird dann für jedes einzelne Lastprotokoll durchgeführt und mit der Anzahl der definierten Wiederholungen multipliziert. Dieser Vorgang wird für jedes Lastprotokoll wiederholt, und die Schädigung wird für alle Lastprotokolle addiert, um die gesamte Lebensdauer zu ergeben.
- Die Reihenfolge der Spannungzustände im Zyklus wird durch die Reihenfolge bestimmt, in der sie im FE-Modell vorkommen. Wenn Sie die Spektrummethode verwenden, muss deswegen das FE-Modell für die spätere Ermüdungsanalyse richtig eingerichtet sein.
- Eine ausführliche Beschreibung der Spektrumdatei finden Sie unter Dateiformate: Spektrumdatei.