MSC一体化疲劳寿命预测系统全面介绍

为何需要疲劳分析？

-机械零部件80-90%的失效形式是疲劳；

-应力分析只是结构寿命和可靠性分析的一部分，而不是全部。评定结构寿命和提高产品的可靠性需要分析疲劳失效；

-在设计早期减少原型制作，降低开发成本；

-在设计阶段估计产品寿命，加快产品投放市场时间；

-采用系统化方法评估产品寿命，增强耐久性，质量和性能。提高产品的市场竞争力。

MSC.Fatigue

一体化疲劳寿命预测系统

在产品设计阶段使用MSC Fatigue，可在设计制造过程之前进行疲劳分析，并为集成的寿命管理创造一个MCAE环境，真实地预测产品的寿命，极大地降低生产原型机和进行疲劳寿命测试所带来的巨额开销。

MSC.Fatigue已经使世界众多的知名公司和企业从中获得巨大的经济效益，涉及从空间站、飞机发动机到汽车、铁路，从空调、洗衣机等家电产品到电子通讯系统，从舰船到石油化工，从内燃机、核能、电站设备到通用机械制造等各个领域。早期疲劳分析可提高产品的可靠性，增强客户对产品性能的信心，同时也可减少售后保修维护等费用，避免产品招回等难以预计的严重后果。

MSC.Fatigue功能

全寿命分析 (S-N)

全寿命法，即通常所说的应力～寿命法或S-N方法，该方法并不严格区分裂纹产生和裂纹扩展，而是给出结构发生突然失效前的全寿命估计。

特色：雨流循环计数；名义应力修正；焊接结构；统计置信参数；Palmgren-Miner 线性损伤；用户自定义循环；材料和部件的 S-N；表面条件；安全系数分析；多轴状态指示。

应变 (萌生) 寿命（E-N）

也叫初始裂纹寿命，采用先进的初始裂纹模型或应变～寿命（ε-N）模型，预测产品从初始工作状态到产生初始裂纹时的疲劳。

特色：循环应力－应变模型；SWT & Morrow 平均应力修正；Neuber等弹－塑性修正；疲劳失效概率（统计置信参数）；考虑温度修正；疲劳安全系数分析；表面条件；用户自定义的疲劳单位；双轴修正；Palmgren-Miner 线性损伤。

裂纹扩展

裂纹扩展寿命要根据有限元模型提供的结构应力分布，结构载荷的变化以及材料的疲劳特性等条件，预测裂纹的扩展速率和时间。研究裂纹扩展常采用传统的线弹性断裂力学（LEFM）。

特色：逐个循环地模拟；按时间顺序的雨流循环计数；多环境材料性质；Kitagawa 最小裂纹尺寸；门槛模拟；裂纹闭合和延迟；用户定义的循环；断裂韧性失效准则；表面和埋藏裂纹；修正的 Paris 定律。

虚拟应变片

提取有限元结果，结合载荷随时间变化历程，为应变片创建响应时间历程，支持多种形式的应变片（花）——单轴, T, Delta和直角；叠层式片和平面片；用户自定义应变片。

价值：简化了有限元模型和物理模型的验证过程；便于获取难以测量位置处的信息，补充缺失数据和获得新数据；降低验证成本；测试数据用于疲劳分析。

多轴疲劳

预测结构在多轴应力状态下的疲劳寿命。与常用的单轴或比例载荷情况不同，多轴疲劳方法采用了非比例、多轴应力状态假设，并通过裂纹扩展法预估结构寿命，分析结构的安全系数。

多轴疲劳强调在非比例加载下的多轴应力应变状态：

-多轴应力状态下的塑性建模

-四种临界面模型（Fatemi-Socie 等）

-使用多轴雨流计数的Wang-Brown方法

-多轴安全系数分析 - Dang Van & McDiarmid 方法

-损伤、寿命云纹图

-损伤极坐标图

多轴疲劳分析实例

焊接疲劳

焊接疲劳基于有限元分析结果，可预测两块金属板在焊接连接处的疲劳寿命。焊接方式包括点焊和缝焊。计算中将结构的点焊看作是连接两块金属板的刚性杆，或者用CWELD单元来模拟点焊，缝焊用壳单元或者CSEAM单元来模拟，而金属板用薄壳单元描述。该方法利用杆单元横截面所受的力和力矩来计算焊接处的应力，然后采用S-N方法，完成结构的全寿命疲劳分析。

采用Spot Weld，可准确预测点焊的疲劳寿命，优化点焊的数量和大小，从而降低制造成本，增加产品可靠性。