Fatigue - программный комплекс для анализа долговечности конструкций
Fatigue - пакет программ, предназначенных для анализа усталости и оптимизации конструкции по критериям долговечности.
Расчеты по определению статического или динамического отклика конструкции на внешнее воздействие дают очень важную информацию об уровне нагруженности машины. Однако обеспечение определённого уровня напряжений в конструкции ещё не является гарантией её работоспособности в течение заданного времени (пробега, "налёта" и т.п.). Дело в том, что длительность работы машины до заданного предельного состояния (повреждения, разрушения) является, в значительной степени, интегральной функцией характера процесса нагружения. Непринятие этого факта во внимание приводит к тому, что конструкция либо разрушается раньше желаемого срока (при завышенном уровне допустимых напряжений), либо работает долго, но при этом имеет чрезмерную массу (при неоправданно низком уровне допустимых напряжений).
В современных условиях жесткой конкуренции разработчики стремятся с максимальной точностью прогнозировать долговечность создаваемой конструкции, "закладывая" минимальные запасы для обеспечения заданного срока службы. Наряду с испытаниями изделий в условиях реальной эксплуатации, на специальных полигонах и в стендовых условиях (это наиболее точные методы, характеризующиеся, однако, высокой стоимостью и большими затратами времени), высокой эффективностью характеризуется применение специальных программных средств, позволяющих оценить долговечность будущего изделия ещё на этапе его разработки (до изготовления физического прототипа). Использование такого программного комплекса сокращает сроки разработки и доводки изделия, количество прототипов и объём их испытаний, повышает конкурентоспособность изделия, снижает стоимость выполнения проекта и, в конечном счёте, способствует повышению эффективности работы предприятия.
Лидером на рынке программных продуктов для расчётного анализа долговечности является система Fatigue - результат совместной разработки компаний MSC.Software Corporation и ведущего поставщика технологий в области долговечности - компании nCode International Ltd (Великобритания). В рамках системы Fatigue высокоэффективный решатель по расчёту долговечности компании nCode работает в интегрирующей среде инженерного анализа Patran, средствами которой обрабатываются результаты предшествующего конечно-элементного анализа, определяются история нагружения, свойства материалов и исходные параметры для расчета долговечности, контролируется ход решения, визуализируются и анализируются результаты расчета Fatigue.
Качество расчётной оценки долговечности с применением Fatigue непосредственно зависит от точности исходных данных, используемых в расчётах - напряжений в элементах конструкции или её деформаций, а также от точности задания усталостных характеристик материалов.
Основными исходными данными по напряжениям и деформациям для расчёта с применением Fatigue являются результаты предшествующего конечно-элементного анализа конструкции. Этот анализ может быть выполнен в таких конечно-элементных программных комплексах, как MSC Nastran, Marc, Adams, ABAQUS и др. Что же касается усталостных характеристик материалов, то Fatigue представляет пользователям возможность выбора этих характеристик из собственной встроенной базы данных. Кроме того, они могут быть заданы пользователем на основании собственных, в том числе, экспериментальных данных или импортированы из внешней базы данных (для создания и управления которой может использоваться специально созданная система с базой данных по свойствам материалов Mvision). Необходимо отметить, что при наличии у пользователя информации только о статических характеристиках материала (очень распространенная ситуация в инженерной практике) средствами Fatigue можно получить приближённые усталостные характеристики материала и использовать их при проведении предварительной оценки долговечности.
Система Fatigue предоставляет возможности анализа долговечности конструкции в различных постановках: в полной динамической постановке, с использованием квазистатического подхода и при моделировании нагружения конструкции в частотной области.
При использовании динамического подхода "на вход" конструкции "подается" нагрузка как функция времени, а на выходе получается история изменения напряжений или деформаций. Программный пакет Fatigue предоставляет возможность оценить долговечность изделия с учётом всех особенностей исследуемого процесса нагружения.
Упрощенной формулировкой анализа во временной области является квазистатический подход, при котором для последующей обработки в Fatigue берутся результаты линейного статического анализа, которым в соответствие ставится некоторая зависящая от времени история нагружения (т.е. зависимость от времени уровня указанных статических напряжений). История нагружения может быть описана либо средствами Fatigue, либо импортирована из внешнего ASCII файла, записанного в формате "время - амплитуда".
Часто изделие работает в условиях динамического нагружения, являющегося либо полигармоническим, либо стационарным случайным процессом. Для оценки долговечности конструкций, работающих в таких условиях, может эффективно применяться технология моделирования нагружения не во временной, а в частотной области.
Fatigue - это:
Интеграция средств анализа усталости конструкции в среду автоматизированных инженерных расчетов (CAE);
Средство оценки долговечности конструкции на этапе проектирования;
Инструмент сравнительной оценки вариантов изделия по критериям долговечности, оптимизации его конструкции;
Инструмент оценки экспериментальных данных о долговечности изделий, обеспечивающий понимание факторов, влияющих на усталость материала конструкции;
Средство уменьшения объема дорогостоящих усталостных испытаний
Преимущества использования Fatigue:
Использование Fatigue способствует сокращению времени разработки новых изделий;
Позволяет сократить затраты на доводку изделия;
Позволяет свести к минимуму количество аварий и катастроф, причиной которых является усталостное разрушение конструкции;
Возможность оптимизации конструкции по критериям долговечности начиная с самых ранних этапов проектирования;
Возможность использования наиболее полного, по сравнению с другими программными пакетами, спектра инженерных методов анализа ресурса конструкции
Система Fatigue применяется при анализе и оптимизации:
Авиационных конструкций, подверженных низкочастотным и случайным нагрузкам;
Узлов автомобилей и автомобильных двигателей;
Газотурбинных двигателей;
Железнознодорожного подвижного состава;
Судовых конструкций;
и т. д.…
