SOLIDWORKS MODSIM产品介绍（第三期）：探索结构的疲劳寿命

在上两篇内容中我们介绍了与结构力学分析相关的3DE平台仿真角色，这些角色都使用Abaqus求解器并具备非常强大的仿真功能。除了这些结构力学功能外，在常规制造业研发流程中，还有一项同样常见的分析类型，即结构的疲劳寿命分析。

疲劳是指结构的某个点或某些点受到扰动应力的过程， 经过足够多的周期性扰动后，材料形成裂纹或完全破裂并发生局部永久性结构变化。疲劳破坏过程可以分为三个阶段：裂纹萌生、裂纹扩展和断裂。当应力强度超过材料断裂韧度时，破坏会在一瞬间发生。

构件的疲劳是个复杂的过程，受多种因素的影响，要精确地预估构件的疲劳寿命，需要选择合适的模型，这就需要宏观力学方面的研究，包括疲劳裂纹发生、扩展直至破坏的机理，还需要微观力学方面的研究包括位错理论等。此外，还涉及到金属材料科学、材料力学、振动力学、疲劳理论、断裂力学和计算方法多门学科。只有更深刻地认识了疲劳破坏的机理，将宏观和微观研究结合起来，才能更精确地预测寿命。

在3DEXPERIENCE平台中，工程师可以使用以下角色中的疲劳分析模块去更快更精确的预估出构件的疲劳寿命：

01 Durability Performance Engineer疲劳性能工程师（以下简称FGP）

02 Durability and Mechanics Engineer疲劳与力学工程师（以下简称FGM）

由于FGP与FGM在疲劳分析的功能上基本类似，只是两者在结构分析的功能上有区别（FGP使用隐式求解器，FGM使用隐式+显式求解器），所以本期的疲劳分析方面的介绍以FGM为主，FGP/FGM使用FE-safe求解器。

Durability and Mechanics Engineer 疲劳与力学工程师（FGM）使设计工程师能够在设计过程中对任何类型的产品进行强度和耐久性方案的结构完整性评估，并直观地指导设计决策。它提供了强大而直观的工具，在市场领导者Abaqus技术的支持下，进行复杂的多步骤结构模拟，以及疲劳模拟，以预测准确的疲劳寿命。FGM支持以下类型的模拟：

●线性静态

●模态分析

●屈曲分析

●热-力耦合分析

●谐波响应

●模态动态分析

●高级网格/高级单元

●多分析步

●非线性静态

●隐式动态分析步

●通用接触

●疲劳分析

 在3DE平台中使用FGM进行疲劳分析时，基本的输入输出及过程如下：

 ●输入

○几何模型

○信号（如果需要疲劳加载）

●流程（需要创建的算例及使用的APP）

○ 结构分析案例（SFO/SSU中创建力学分析算例）

○ 耐久性分析案例（FGP/FGM中创建疲劳算例）

○ 物理结果浏览器（查看结果）

●输出

○ 场输出:疲劳寿命、FRF等

另外，结构所受到的应力状态对疲劳寿命有非常大的影响，所以FGM中提供了很多包含复杂的疲劳载荷定义，以应对不同的工况：

●恒幅载荷

●变幅载荷

●多载荷工况叠加

●预载荷（初始应力状态）

●考虑几何和/或接触非线性的载荷

●考虑金属塑性的载荷

●多次重复事件的载荷

●事件叠加

●温度值

FGM中可用的疲劳算法类型包括：

●有限寿命

○ 包含基于多轴应变和基于应力的算法

○ 必须选择平均应力修正，选择何种应力修正方法依据所用算法而定

●无限寿命

○ 用于无限寿命的疲劳储备因子（FRF）计算

若算法启用，则会使用临界平面（CP）：

●识别材料中最易发生疲劳损伤的平面

●考虑非比例或多轴载荷情况

关于更详细的各种疲劳算法的使用场景和计算原理，可以参考软件帮助文档。总之，使用FE-safe求解器的FGP/FGM角色可以帮助工程师快速评估结构的疲劳寿命薄弱点，并对其进行优化和改进。