Fatigue 疲勞破壞分析

長久以來材料的疲勞破壞狀況與耐久度,一直是產品開發人員很想知道,卻又很難經過實驗取得的資訊。主要的原因來自於每一次的疲勞破壞試驗,都需要耗費數十小時甚至於數百小時的實驗時間。若是更換材料與設計,可能又要重新再測試一次樣品。

也因此,若是可以透過CAE方式進行分析,雖然需要數小時的計算時間,但是相較於實際試驗來說,投資報酬率相對較高。

一般來說,要進行Fatigue Analysis,必須具備以下基本資料:
  1. 完整CAD模型: 由於疲勞破壞的成因,主要是來自於持續的應力作用。也因此完整的組裝關係與配重,將會對分析的結果造成影響。
  2. S-N Curve 疲勞曲線/耐久限界: 由反覆得實驗所累積的經驗值曲線,記錄在不同的應力作用與受力次數下材料的破壞情形。
  3. 外力來源: 例如,PSD圖、Nodal Force、Random Pressure....等等。
  4. 有效的求解器: 若計算時間過長,會造成CAE投資效率過低。若分析的變異率過高,也會對訂定產品規格造成困擾。
  5. 詳細的試驗方法與標準。
以LS-DYNA來說,目前採用Frequency Domain的方式進行Fatigue Analysis。主要就是希望能避免在Time Domain下的分析模式衍生出需要大量運算資源與時間的問題。

LS-DYNA R8版本以後,將Fatigue Analysis整合進Random Vibration分析功能之中。除了希望能降低分析運算所需資源以外,也因為在真實環境中,絕大多數的疲勞破壞情形都是發生在"隨機"但是"持續"的應力作用之下。比方說: 海浪拍擊護岸所造成的防波堤結構損壞、車輛零件在長時間公路上的運轉狀況下所產生的零件損壞問題、自然風場對橋樑結構施加的風壓與振動問題所造成的結構損壞。

 LS-DYNA Fatigue 分析案例:



子網頁 (1): Fatigue分析方法
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