[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

  • 応力寿命疲労(高サイクル領域)
  • ひずみ寿命疲労(低サイクル領域)
  • 振動疲労
    • ランダム加振(PSD)
    • サインオンランダム加振
    • 周波数スイープ正弦波加振
  • 溶接疲労
    • スポット溶接
    • シーム溶接
  • 熱機械疲労
    • 高温疲労
    • クリープ疲労

疲労機能の詳細

応力寿命疲労(高サイクル領域)

応力寿命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)

ひずみ寿命疲労(低サイクル領域)

ひずみ寿命疲労解析ではひずみ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)

振動疲労

振動疲労では、ランダム加振(PSD)、サインオンランダム加振、周波数スイープ正弦波加振を定義し、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

溶接疲労

溶接疲労ではスポット溶接とシーム溶接に関する疲労評価が可能です。

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

シーム溶接疲労ではシェル要素を利用する方法とソリッド要素を利用する方法の2通りのアプローチがあります。シェル要素を利用する方法は比較的薄肉の溶接構造物に適しており、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

ソリッド要素を利用する方法はより厚みのある溶接構造物に適しており、ASME Boiler & Pressure Vessel Code [, Division 2 で規定された線形化応力手法に基づいて応力特異性を除去し、溶接の止端部、ルート部における寿命を予測可能です。


ソリッド要素を用いたシーム溶接疲労評価

熱機械疲労

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

有限要素結果のサポート

  • Ansys結果ファイル(.rst)、およびLS-DYNA結果ファイル(d3plot)をサポート
  • Ansys Workbench Mechanicalの解析結果を自動転送し、シームレスに疲労解析を実行可能(下記の解析タイプをサポート)
    • 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

Ansys nCode DesignLife Pro 基本的な応力寿命疲労とひずみ寿命疲労に対応。Workbench Mechanical GUI上での利用に限定(nCode DesignLife GUIは利用不可)。
Ansys nCode DesignLife Premium Ansys nCode DesignLife Proの機能に加えて、nCode DesignLife GUIを利用することで、よりアドバンストな応力寿命疲労とひずみ寿命疲労、複雑な荷重履歴に対応。
Ansys nCode DesignLife Enterprise Ansys nCode DesignLife Premiumの機能に加えて、振動疲労、溶接疲労、熱機械疲労に対応。

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。

関連セミナー

関連資料

疲労問題と材料(疲労解析の重要性、材料物性値の取得について)

〜最新の疲労問題ソリューションセミナー〜 車載製品における疲労解析事例のご紹介"(オンデマンド動画)

〜最新の疲労問題ソリューションセミナー〜 Ansys 疲労解析ソリューションのご紹介 "(オンデマンド動画)

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