MSC Software Corporation MSC Fatigue 耐久性

MSC Fatigue 是一个集成CAE的一体化疲劳设计环境，可以帮助用户：

• 减少试验。MSC Fatigue的内置工具，可以模拟整车系统，缩短试验周期，节约企业成本。
• 指导设计。样机疲劳失效，往往导致昂贵的改型，采用MSC Fatigue，可以提前验证新方案的有效性。
• 管理疲劳&耐久数据。除了疲劳分析，耐久计算流程也包括试验室试验、本地试验和CAE数据处理，MSC Fatigue可以保存和管理整个耐久计算流程。
• 深入理解疲劳性能。可靠性失效经常由于对疲劳理解不足，MSC Fatigue可以帮助用户辨识，影疲劳寿命的关键因素。
• 快速复制分析流程。MSC Fatigue支持批处理运行方式，可以快速跟踪整个计算过程。
• 提供疲劳材料参数。疲劳材料参数是疲劳耐久设计的核心，MSC Fatigue提供全面的疲劳材料试验服务，帮助用户获取恰当的材料参数。
• 一站式解决方案。MSC公司提供高级疲劳设计软件 MSC Fatigue，高级材料试验和疲劳工程咨询项目服务
• 提高研发效率。MSC Fatigue提供世界一流的集成化的耐久求解器，是唯一无缝集成MSC Nastran, Adams和 Patran的耐久求解器。也是唯一能够直接读取Marc非线性结果的耐久求解器。在设计早期，可以帮助用户降低高昂的试验和样机费用，使产品性能更可靠，更快推向市场。MSC Fatigue易学易用，产品手册完备，包括快速入门手册、教程、用户论文和在线帮助。MSC公司拥有优秀的技术支持团队，快速解决用户发现的问题

MSC Fatigue 软件包

• 求解器基本包：应力寿命分析模块、应变寿命分析模块和虚拟应变片模块。
• 求解器高级包：裂纹扩展分析模块、振动疲 劳分析模块、多轴疲劳分析模块、焊接疲劳分析模块、轮毂疲劳分析模块和工具箱模块。
• 求解器完整包：包括基本包和高级包的所有功能。
• 前后处理器：Patran为MSC Fatigue量身定制的前后处理器。

疲劳寿命评估原理

MSC Fatigue包括三种主要的疲劳寿命评估原理：应力寿命、应变寿命和裂纹扩展

• 应力寿命

应力寿命法是一种传统方法，也称为S-N法，应用于高周疲劳（HCF-低载荷-长寿命）。本方法不区分裂纹的萌生和扩展，预测产品失效的总寿命

• 应变寿命

应变寿命法用于高载荷下低寿命的预测（低周疲劳 LCF），考虑高载荷下的材料的屈服，采用应变寿命进行建模和评估零件的寿命，通常指形成一个工程裂纹。

• 裂纹扩展

弹性断裂力学（LEFM）用于预测部件中裂纹的扩展过程，直至瞬间断裂导致失效。本方法在航空行业广泛应用，损伤容限是航空行业的设计标准。

MSC Fatigue求解器基本包

• MSC Fatigue根据有限元模型提供的应力或应变结果、载荷的变化和材料的疲劳特性，评估产品的寿命。MSC Fatigue求解器基本包，包括传统的应力寿命法（SN或全寿命）和应变寿命法（E-N，局部应变或裂纹萌生），用户可以在自己熟悉的建模环境中，即使对于疲劳分析了解不多，也可以直接进行疲劳寿命评估。
• 疲劳分析基本包还包括虚拟应变片模块，用户可以在 MSC Nastran有限元模型中创建软件形式的虚拟应变片，在结构承受随时间变化的载荷时，根据需要定义标准类型的应变片，可以提取结构上任意一点的应力/应变时间历程。虚拟应变片支持静态、准静态有限元加载过程，并可以与试验采集数据进行比较，增强有限元模型的可信度。

软件的模块介绍：

• 裂纹扩展模块

MSC Fatigue裂纹扩展模块，采用有限元模型的应力或应 变结果、载荷的变化和循环材料属性，评估裂纹的扩展速率 和时间。裂纹扩展常采用传统的线弹性断裂力学(LEFM)。

• 振动疲劳模块

MSC Fatigue振动疲劳模块，预测在多个随机振动载荷下结构的疲劳寿命。根据有限元计算获取的应力功率谱密度（PSD）或传递函数，预估结构的疲劳寿命。

评估结构在随机载荷下的响应是产品设计的关键之一， 随机响应最好在频域使用PSD输入获得。MSC Fatigue振动疲劳模块支持外部响应的PSD，也支持根据PSD载荷和系统传递函数，振动模块自己计算应力的PSD。Fatigue振动疲劳模块使用S-N方法预测疲劳寿命，支持测量或计算生成的应力影响的PSD进行一站式求解。

• 振动台模块

MSC Fatigue振动台模块预测在单一随机振动载荷下，零部件的疲劳寿命。振动台试验在各行业广泛使用，是零部件产品设计完成 前的验证性试验。典型的输入载荷为：位移、速度或加速度 的PSD 疲劳分析往往在频域进行，而不是传统的时域。其中，输入载荷处理和损伤分析，都在频域采用功率谱密度（PSD）进行。 MSC Fatigue振动台模块支持外部响应的PSD，也支持根 据PSD载荷和系统传递函数，振动台模块自己计算应力的 PSD。传递函数计算支持各种应力值，

• 点焊疲劳模块

MSC Fatigue点焊模块采用S-N（全寿命）法，根据MSC Nastran 或 Adams 计算结果，预测钣金件之间点焊的疲劳寿命。 现代汽车结构通常有4000-6000个点焊，大约80%的车身疲劳耐久问题，和点焊有关。点焊设备价格昂贵，在车身设计的早期阶段，需要快速准确地预测点焊的疲劳寿命。 MSC Fatigue点焊模块支持3种最常用点焊建模方法，使 用Rupp，Storzel 和 Grubisic 算法计算焊核和相邻板材的应力。

• 缝焊疲劳模块

MSC Fatigue缝焊疲劳模块，不仅支持传统标准的焊接规范（BS5400/ BS7608等），也支持更现代的结构应力法，进行缝焊的疲劳设计。焊接分类法不需要对焊接的细节进行建模，采用焊接分类细节（载荷和几何）的部件S-N曲线进行寿命预测。该方法由于和有限元的集成度较低，对于汽车的薄壁件而言，稍显笨拙而且耗时很长。

• 轮毂疲劳模块

MSC Fatigue提供专门的轮毂疲劳分析工具，预测在特定 的循环载荷下，轮毂的疲劳寿命。 MSC Fatigue轮毂疲劳模块首先确定每个工况下，轮毂上 节点的应力时间历程曲线，确定每个节点的临界面，然后， 根据应力时间历程曲线，计算出载荷谱中所有载荷下的最大 疲劳损伤值。 MSC Fatigue轮毂疲劳模块适用于汽车/飞机轮毂，以及 其他旋转体。节点的应力时间历程曲线，一般不采用瞬态计 算。往往采用在每个静力工况下，进行多次有限元静力计算 ，每次静力计算表示轮毂的转动，所有的静力工况，描述了 轮毂上每个节点，随着转角的应力/应变变化。

• 多轴疲劳模块

MSC Fatigue多轴疲劳模块根据有限元模型的应力/应变 结果和循环材料属性，进行失效寿命评估。 相对于单轴或比例加载状态， 多轴应力状态是指非比例 的多轴应力状态。多轴疲劳采用应变寿命法和应力寿命法进 行疲劳寿命预测，也可以进一步计算安全系数。 安全系数分析 安全系数可以针对整个有限元模型计算，也可以选择部 分模型进行。多轴应力状态的计算方法包括：Dang Van法和 McDiarmid法。

• 工具模块

MSC Fatigue工具模块是高级实用的工具包，可以帮助用户收集、分析和处理试验数据。

• 前后处理器

MSC Fatigue前后处理器是所有疲劳求解器的前后处理器。提供快速便捷的建模、运行和后处理的图形界面。