Fe-Safe 专业的疲劳寿命分析软件

1. 简介

Fe-Safe采用世界上最先进的疲劳分析技术,是一个功能强大、全面,使用方便的耐久性疲劳分析软件。客户的反馈表明,Fe-Safe可给出准确的疲劳点和疲劳寿命预测。因此,Fe-Safe是改变了设计工程师传统的疲劳分析方法的软件工具。

 

引入Fe-Safe作为您设计流程的一部分,可以优化设计和测试方案,缩短测试时间,减少回收和维修费用,所有这些才可保证您的设计是第一时间的正确的设计。

Fe-Safe已经被广泛应用在众多领域内,包括从空间站、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。目前世界上有超过1000家公司把Fe-safe作为标准的耐久性分析工具,其中包括Caterpillar Inc, Cummins Inc, International Truck & Engine Company, Dana Corp, SKFRolls Royce等公司。

Fe-Safe是世界上最先进的疲劳分析软件,由英国Safe Technology公司开发和维护。Safe Technology 是设计和开发耐久性分析软件的技术领导者,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和实际结构件的试验验证。

在疲劳分析产品和服务中,Fe-Safe是旗舰性的产品。新版本中,引入了超过100个功能的改进,保持了最高级耐久性分析软件的领军地位:在分析速度有了显著的提高,并且添加了很多新特征和一些独特的功能,使功能更强大;用户界面的改进,使得Fe-Safe更容易使用。

Fe-Safe由用户界面、材料数据库管理系统、疲劳分析程序和信号处理程序组成。Fe-Safe读取有限元分析计算出的单位载荷下弹性应力,然后根据实际载荷工况将结果比例迭加以产生工作应力时间历程;也可换算成特定类型载荷作用下的弹塑性应力。

2. 用户界面

Fe-Safe友好的用户界面下,可方便地进行疲劳耐久性分析的数据准备;所输入的材料数据、荷载及荷载组合数据均可图示化显示,疲劳计算的结果可通过三维云图直观地显示。

Fe-Safe对有限元数据文件中的单元数没有实际限制,在一个有限元模型中可以有多个单元组,每个单元组中的单元数不限,最多可以根据4096组有限元计算结果进行疲劳分析。

Fe-Safe可直接读取CAE软件的分析结果文件,读入节点应力和节点温度等,从材料库中选取相应的材料,疲劳数据即自动定义完毕;对于材料库中没有的材料允许用户自己定义。寿命计算结果可用图形或动画显示,对数寿命、给定寿命下的安全系数均可以三维云图的形式直观地表示。

3. 疲劳分析功能

  • Fe-Safe可定义载荷时间历程,用于一组有限元分析应力结果。
  • 能有效处理FEA分析的弹性应力结果和弹塑性应力结果,可组合多个载荷的时间历程。迭加多轴加载的时间历程,从而在模型每个位置上都产生一个应力张量的时间历程。

  • 可进行序列工况的疲劳分析,数据集序列可以是一个瞬态分析的结果,也可以通过一系列离散事件来生成。如对发动机曲轴不同转角下的多个求解结果进行疲劳分析。

  • 可对复杂的块数据载荷进行分析,对于每个载荷条件,生成一个载荷的有限元结果数据集的循环块。
  • 还可对载荷历程和序列载荷进行组合使用。
  • 定义载荷文件,其中可包含一系列载荷块,每一载荷块又可定义一系列的载荷历程和序列载荷数据的组合。而序列载荷数据是随时间变化载荷引起的应力数据的变化。
  • 可利用应力-寿命曲线、应变-寿命曲线、局部应力-应变分析进行单轴和多轴疲劳分析,有多种平均应力修正,也可采用用户定义的平均应力修正。
  • 定义载荷时间历程时,加载文件中的载荷条件可存储为以下格式的文件,以方便地与其它各种软件进行数据交换。准备单通道和多通道载荷历程,对载荷进行比例缩放,考虑峰/谷而忽略循环。Fe-Safe可处理多达4096个通道的载荷。

  • Fe-Safe中疲劳分析载荷信号处理,可采用雨流计数法。
  • Fe-Safe中疲劳测试信号可进行幅值分析和频率分析处理。过滤掉小的载荷循环。
  • 可根据功率谱密度数据进行振动疲劳分析,不同频率和幅值的信号可进行叠加。

  • 可考虑残余应力的影响,能利用BS7608标准的应力-寿命数据进行焊接结构分析。
  • 由于铸铁中石墨的影响,材料拉-压应力应变相应呈非对称性,Fe-Safe提供专门手段对铸铁(包括灰口铁)进行疲劳分析。可计算微振磨损疲劳寿命。
  • 可以快速研究高温疲劳。

  • 可考虑蠕变对疲劳的影响(应力应变相应与应变率和瞬时温度相关)。
  • 可以考虑机加工及装配应力对结构寿命的影响。

可以针对整个模型,也可以针对一组单元进行疲劳分析。可方便地对整个模型或者选择的区域进行再设计和假设分析,从而观察从非关键区域去掉金属材料的效果,以及增加“热点”位置的疲劳寿命。

可考虑表面光洁度影响、几何变化与缺口敏感性影响以及材料特性变化效应和不同载荷组合历史的影响。不同的材料数据和应力集中系数可以用于每一个单元组(允许在同一个部件上有机加工面和锻造面)。

Fe-Safe还能进行疲劳失效率的统计分析。

可根据指定的设计寿命,计算出各个节点将达到设计寿命的安全系数。支持批处理和命令行功能。

提供了方便的工具绘制材料数据和载荷历程。

可计算出在指定寿命下,模型上各部分不会破坏的可能性。

可从模型上一系列的载荷中找出对疲劳寿命影响最大的载荷。

根据载荷情况和材料数据自动选择最合适的疲劳分析方法。

4. 结果输出

Fe-Safe将节点的疲劳寿命写入输出文件中,如果指定设计寿命,将计算出各个节点达到寿命时的安全系数,计算结果可以三维等值图显示,可利用通用有限元分析软件强大的后处理功能。

生成一个文本文件,包含用户输入、分析类型、软件版本号和结果摘要。

5. 其他模块

Fe-safe还包括其他的附加模块,如:Verity模块,Fe-safe/Rotate模块,Fe-safe/TMF模块和 Fe-safe/TURBOlife模块。

  • Verity模块

此模块为焊接结构疲劳分析模块。Verity是由Safe TechnologyBattelle合作开发的对于新的网格不敏感的结构应力法(SSM),使用此方法工程师可以预测焊点和焊接结构的破坏位置,计算疲劳寿命。无论是点焊、线焊还是焊球,还是复杂载荷加载或者多轴疲劳问题,Verity都可以快速准确的给出寿命预测结果,同时也可以避免重复大量的试验,降低企业的试验和生产成本。

  • Fe-safe/Rotate模块

此模块为旋转机械疲劳分析模块,利用结构的轴对称性,提高了旋转部件的疲劳分析效率,可以自动产生一系列不同旋转角度上的应力结果,一次静力计算可以用来定义一个循环的疲劳载荷谱。有限元计算结果文件更小,求解规模降低。该模块支持完整模型、一半模型和奇、偶对称的扇区模型,是计算车轮、齿轮等此类结构疲劳问题的理想选择。

  • Fe-safe/TMF模块

此模块为热-机械疲劳分析模块,可以在考虑多重影响的基础上快速精确的进行结构疲劳寿命分析。可以考虑的影响包括应变率和瞬态温度对循环应力-应变响应的影响,瞬态温度对应变-寿命曲线的影响,体积应力放宽和应变老化对疲劳强度的影响等。该模块是计算活塞、排气管和缸盖等此类结构疲劳问题的理想选择。主要客户有Perkins Engines, Caterpillar and Arvin Meritor等。

  • Fe-safe/TURBOlife模块

此模块主要是用来评估蠕变损伤、疲劳损伤和蠕变-疲劳损伤的,是一个功能强大、全面并且易于掌握的蠕变-疲劳分析模块,其跟Abaqus有直接接口,而且提供了一套完整的材料数据库,用户亦可根据需要添加自己的材料数据。蠕变-疲劳算法已成功的应用于核电站部件、电站锅炉、燃气涡轮叶片、汽轮机部件、汽车零部件以及涡轮增压器叶轮的疲劳分析中。

  • Safe4fatigue模块

此模块为信号处理组件,既可包含在Fe-safe标准产品里,也可以作为单独模块使用。Safe4fatigue进行疲劳分析载荷信号处理,可以使用多种方法过滤掉小的载荷循环,如幅值分析、雨流计数法、频率分析处理、信号清理、数字滤波器(Butterworth法 和 FFT)等。

6. 附国内主要客户应用案例:

一汽无锡油泵油嘴研究所用Safe进行发动机连杆和轴承寿命分析Ford公司采用Safe进行汽车部件的寿命分析

R-R公司采用Safe进行发动机的热寿命分析

Nokia公司采用Safe进行通讯设备的寿命分析

卡特比勒公司采用Safe进行重型机械关键部件的疲劳寿命分析潍柴公司采用Safe进行柴油发动机的疲劳寿命分析

中集集团采用Safe对集装箱产品进行疲劳寿命分析

铁道科学研究院采用Safe对 铁路车辆进行寿命分析

中国 北方车辆研究所采用Safe对坦克等装甲车部件进行寿命分析山东滨州渤海活塞股份有限公司采用Safe对活塞进行疲劳分析东风汽车公司采用Safe对汽车部件进行疲劳寿命分析

 

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