[疲労解析モジュール]ANSYS nCode DesignLife

ANSYS nCode DesignLifeはANSYS Workbenchに統合した疲労解析ツールです。
ANSYSで解析した結果を利用したシームレスな使い易い疲労解析環境を提供します。
さらに、新しい疲労解析メソッドなどをカスタマイズすること(Pythonを使用)もできますので、疲労解析を始めようと考えている方から疲労解析のエキスパートの方まで幅広い解析ニーズに対応しています。

以下のような方におすすめします。
  • 物理試験を減らし、設計コスト、開発期間を削減されたい方。
  • 耐久性問題のクレームを減らし、保証にかかる費用を削減されたい方。
  • 一貫性ある解析プログラムで疲労解析の標準化をされたい方。

開発元について

本製品の開発元であるHBM nCode社は、自動車、航空宇宙、風力エネルギー等の分野の耐久性問題を扱う検査・解析システムのリーディングカンパニーです。

主な特徴

広範な疲労機能

  • 応力寿命ソルバー(高サイクル領域)
  • ひずみ寿命ソルバー(低サイクル領域)
  • Dang Vanソルバー(エンジンやパワートレイン向け)
  • 振動疲労
  • スポット溶接(Rupp/LBFアプローチ)
  • シーム溶接(Volvoアプローチ)
  • 熱機械疲労
      - 高温疲労
      - クリープ疲労
  • 加速試験

疲労機能の詳細

応力寿命ソルバー(高サイクル領域)

応力疲労解析では弾性範囲内での繰り返し荷重が負荷されたときの寿命を求める事が可能です。寿命は、FEM構造解析で得られた応力結果と、材料のS-N曲線を基にして算出されます。一般的に破壊に至るまで104回〜105回の反復載荷が必要である事から、高サイクル疲労とも呼ばれます。


応力-寿命曲線(S-N曲線)

ひずみ寿命ソルバー(低サイクル領域)

ひずみ疲労解析では変形が塑性範囲に達する大きな繰り返し荷重が負荷されたときの寿命を求める事が可能です。寿命はFEM構造解析で得られたひずみ結果と、材料のε-N曲線を基にして算出されます。一般的に104回以下の反復載荷で破壊に至る事から、低サイクル疲労とも呼ばれます。


ひずみ-寿命曲線(ε-N曲線)

Dang Vanソルバー(エンジンやパワートレイン向け)

Dang Van基準は多軸疲労限界基準であり、複合荷重条件下(引張り、捻り等)での耐久性の限界を予測する方法になります。解析からの出力は、疲労寿命ではなく、安全率として出力されます。多くの荷重サイクルを必要とするエンジンやパワートレインが主なアプリケーションです。

振動疲労

振動疲労では、ランダム(PSD)またはスイープ正弦波荷重を定義し、周波数領域での疲労を予測できます。風や波などのランダム荷重では、時間領域よりも周波数領域の方が効率的となります。周波数応答解析は、ANSYSなどの有限要素解析ツールで実施し、振動荷重はnCode DesignLifeにて定義します。


振動疲労のワークフロー

スポット溶接(Rupp/LBFアプローチ)

スポット溶接疲労を使用することにより、薄いシート間にあるスポット溶接部の疲労予測を行うことができます。このアプローチは、LBF(SAE論文950711)に基づいており、スポット溶接部をビーム要素で作成した車両構造で適用できます。


スポット溶接疲労

シーム溶接(Volvoアプローチ)

シーム溶接疲労を使用することにより、フィレット、オーバーラップ、レーザーオーバーラップタイプにおけるシーム溶接部の疲労を予測することができます。このアプローチは、Volvo社(SAE論文982311)が開発した手法に基づいており、溶接止端、ルート、のど厚部の損傷に対応しています。


シーム溶接部の寿命コンター

フィレット

オーバーラップ

レーザーオーバーラップ

クリープ疲労

高温環境におかれた材料は持続的な荷重に対して時間の経過と共にひずみが増大し(クリープ現象)やがて破断に至ります。nCodeのクリープ解析機能では、任意の(一定または変動する)温度および荷重条件下で、材料がクリープによって受ける損傷度を計算する事が可能です。また、材料に周期的な荷重が働くようなケースでは、クリープ損傷に加えて疲労による損傷も考慮する必要があります。nCodeではこれら異なる種類の損傷度をマイナー則に基づいて累積することで、高温下で稼動する機器に対する複合的な寿命の計算を行う事が可能です。

利用可能なクリープ疲労手法

  • Larson-Miller法〜温度に依存しない単一のマスタークリープ曲線(Larson-Miller Curve)に基づいてクリープ損傷度を求める手法
  • Chanoche法〜特定の温度ごとに測定されたクリープ曲線群に基づいてクリープ損傷度を求める手法

高温下で運用されるベローズの寿命コンター
(クリープ+熱応力+サイクル荷重)

豊富な材料データベース


材料データベース
  • 約210種類の材料データベースの提供。
  • 静的強度(UTS)を使用して疲労特性を定義するパラメータの提供。
  • CYBERNET Total Materia Designの疲労データを利用可能

有限要素結果のサポート

  • ANSYS rstファイルをサポート
    • ANSYS Workbenchの解析結果は自動転送。
    • ANSYSの解析結果(rstファイル)の読込み可能。
  • 対象となる解析
    • 静解析
    • 時刻歴応答解析
    • モーダル解析
    • 周波数応答解析
    • 線形 & 非線形解析

製品構成

ベースモジュール

ANSYS nCode DesignLife Standard 応力寿命、ひずみ寿命、Dang Van法を含むベースパッケージ

アドオンモジュール

ANSYS nCode DesignLife Vibration 振動疲労。周波数応答やPSDをベースにした応力寿命疲労、周波数領域での疲労問題を扱うモジュール。
ANSYS nCode DesignLife Accelerated Testing Vibrationモジュールのオプション。測定データをベースにしたPSDや掃引正弦振動試験データを作成。
ANSYS nCode DesignLife Welds シーム溶接とスポット溶接の疲労寿命予測のためのモジュール
ANSYS nCode DesignLife Parallelization 並列計算用モジュール(SMPのみ)
ANSYS nCode DesignLife Thermo-Mechanical 高温疲労およびクリープ疲労のためのモジュールです。

解析事例

解析事例によっては、プロダクト以外の事例も含まれております。

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製品開発における疲労強度評価セミナー
〜疲労強度評価の理論から、実験事例、解析手法まで〜

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