nCode DesignLife 疲労解析

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nCode DesignLife 疲労解析

 

DesignLifeはグラフィカルなワークフロー環境で、最先端の疲労CAEが実現できる寿命シミュレーション解析のためのソフトウェアです。


製品に繰り返し荷重が負荷される場合に、応力が静的に安全なレベルにあったとしても故障が発生することがあります。
 

 

この破壊現象は疲労として知られており、しばしば構造設計においてエンジニアを悩ませています。エヌコード社(nCode社)のDesignLifeを用いることで、迅速かつ正確に、設計における疲労性能を開発サイクルの早い段階で管理することが可能になります。


 

 

関連するものづくりソリューション

 ・振動による疲労解析
 ・市場での実使用データから使用特性を抽出
 ・耐久CAE技術の構築支援サービス
 ・耐久試験の効率化

製品に繰り返し荷重が負荷される場合に、応力が静的に安全なレベルにあったとしても故障が発生することがあります。
この破壊現象は疲労として知られており、しばしば構造設計者を悩ませています。
DesignLifeを用いることで、迅速かつ正確に、設計における疲労性能を開発サイクルの早い段階で管理することが可能になります。

 

耐久性の設計

有限要素法は強力なツールですが、実際、多くの構造解析では疲労解析が必要となってきます。
DesignLifeがあれば、製品の寿命、損傷度、安全係数、および寿命といった信頼性を予測して、管理することができます。
耐久性のある製品を開発し、保証コストを低減する効果があります。


DesignLifeがあれば、耐久試験スケジュールや時間寿命に関して、製品寿命を見積ることができます。これは、単なる応力やひずみや変位の評価より重要で有益な設計基準となります。

 

FEモデルとの統合化

  • I-DEAS   (.unv)
  • NX Nastran  (.op2)
  • MSC.Nastran  (.op2)
  • ANSYS    (.rst)
  • ABAQUS (.fil, .odb)
  • ADAMS/Durability
  • LS-Dyna (d3plot)

           他

有限要素データのサポート

  • 弾性応力、弾性ひずみ
  • 弾・塑性応力、弾・塑性ひずみ
  • 静的、過渡的、モーダル重ね合わせ
  • 振動モデル
  • 節点および要素の結果
  • シェル、ソリッド要素
  • バー要素および六面体要素, CWELD要素によるスポット溶接要素
  • 有限要素モデルのサブセットをグラフィカルに選択する
 

荷重履歴フォーマット

  • nCode DAC 形式
  • MTS RPC III 形式
  • ASCII形式
  • その他多種の計測システムデータフォーマットに対応
 

荷重のサポート

  • 同時に複数の荷重履歴
  • 一定振幅
  • レインフローマトリックス
  • フライトスペクトル
  • 耐久試験スケジュールの組み合わせ指定
 

解析スピードの向上

  • ピーク‐バレー・スライスによるシングルまたは多チャンネル時刻歴ファイルの縮小
  • 自動-除去オプションは、低い応力の節点、または、要素の除去
  • ユーザー指定の場所および要素グループのみの解析
  • 解析中の結果フィードバック
  • 高度な解析ジョブ編集機能、多段階リダクション
 

複合的イベント

  • 耐久性スケジュールまたはデューティサイクルのセットアップのためのスプレッドシートGUI
  • 複数のイベントから自動的な損傷度の合計
  • 複数のイベントをまたがる自動除去機能
  • 節点、要素のイベント毎の損傷度サマリー
 

材料

  • 要素グループ毎の複数材料指定
  • 部品表から製品情報への疲労材料特性を自動割り当て
  • 検索可能な、そしてユーザーが拡張することが可能な材料データベース
  • 材料データプロット、オーバーレイ表示
  • 疲労アナライザの中で材料データ生成が可能
  • BS7608/BS5400溶接カーブ
  • 表面処理
  • 表面仕上げ
  • FKMガイドライン方式
 

歪み基準の疲労寿命解析

  • SWT、Morrowによる平均応力の補正(補正なしも可)
  • Hoffman-Seeger、またはパラメータ修正を用いた2軸場の補正(補正なしも可)
  • 疲労特性の温度による補正
  • 単軸のNeuberによる弾塑性の補正(補正なしも可)
  • Fatemi-SocieとWang-Brownによる非比例多軸ひずみ寿命手法 (次バージョン予定)
 

応力基準の疲労寿命解析

  • グッドマン、Gerberによる平均応力の補正(補正なしも可)
  • 複数の異なる平均応力レベルからの補間
  • 疲労特性の温度による補正
  • シーム(薄板)溶接解析
  • スポット溶接解析(バー要素、CWELD、ACM2対応)
 
 
  • PSD応力を使用したランダム振動による解析
 

安全係数

  • 相当応力に基づく安全係数(グッドマン補正を含む)
  • DangVanを使用した多軸性安全係数
 

解析の高度な設定

  • 最大および、主応力、符号付き剪断応力や他のクライテリアが混合可能
  • クリティカルプレーン法
  • 表面仕上げ・表面処理による補正
  • 疲労限度低減ファクター
  • 材料データのばらつきに基づく残存確率の解析
  • 目標寿命のためのスケールファクタの逆計算
  • ホイールのような回転体の耐久性CAE
 
 

解析結果

  • 寿命、損傷度、設計応力または設計寿命基準の安全率のコンタープロット
  • ホットスポット(危険箇所)の識別と可視化、ランク付け
  • 部品番号ごとの危険箇所の分類
  • ログオプション、等価ユニットのオプション
  • 多軸性の評価プロット
  • 時刻歴の応力、ひずみの出力
  • 仮想ひずみゲージ解析
  • レインフローマトリックスの出力
  • スプレッドシートの一覧出力およびソーティング
  • 表、プロットの自動生成
  • HyperWorksなどの一般的なポストプロセッサへ出力
 

一般

  • パイプ連結による柔軟でインタラクティブなプロセス作成が可能
  • 表示、FFT、フィルター、レインフローカウント等を含むデータ処理に対する50種類以上のGlyphWorks機能の共有
  • GlyphWorksとの直接的な統合で、耐久試験結果と有機的に連携して効率化することができる
  

習得し易く、使い易い

簡単で早く、誰もが使用できるインターフェスにより、FEAツールから疲労解析、結果の表示と評価が可能です。 さらに、MTS RPCへの直接アクセス、ADAMSデータの使用、実験および動的試験からの荷重の統合および再利用が簡単にできます。 プロセスのカプセル化により複雑なフローを1つの簡単なプロセスに縮退することで、多くのエンジニアが決まった手順で運用することができます。


 

様々な要求の統合

既に疲労対策の業務フローを定義されている場合、DesignLifeは、使い易いパイプの連結による操作によってそのプロセスを統合、拡張することがで きます。ワンクリックで報告書を生成するため、カスタムメニューを加えることで、生産性の向上および社内コスト低減をはかることができます。また、 Open Glyphによりこれまで培ってきた内製ソフトウェアを集約することができます。

 

材料データ

多くの材料において、線形の弾性特性を測定することは簡単ですが、材料の疲労に関連するデータを測定することは容易ではありません。DesignLife には、nCode標準材料の疲労特性のデータベース(およそ200以上の材料データ)があります。ユーザ自身のデータを容易に追加することができます。も し、正確なデータが分からないときに、近似解析のための静的なデータから疲労特性を生成することができます。システムの柔軟性は、ユーザーが“もしこうし たらどうなるか”といったシナリオに手を付けることを可能にします。表面仕上げは、疲労に著しく影響を及ぼします。DesignLifeは、表面仕上げを 正確に考慮するために、仕上げファクターが指定できます。

 

荷重データ

 

耐久性評価は、多くの試験や測定で得られた時刻歴データや、ADAMSのようなマルチ・ボディ・ダイナミックスソフトの荷重によって実行されます。 DesignLifeは、MEGADAC、RPC、ADAMSをはじめとした、様々なソースからの荷重データを使用することができます。さらに、荷重の直 接的な適用としてレインフローマトリックスを同様に評価することも可能です。

デューティサイクル解析は、複合イベントのための反復数に関して荷重環境を定義するのを容易にします。デューティサイクルをまたがって損傷度を累積し、各イベント間の寄与を調べることができます。




 

正確なアプローチ

DesignLifeには、繰り返し数、亀裂開始の疲労予測をするためのひずみ寿命アプローチ、および高サイクルの公称応力問題における応力寿命アプロー チの両方があります。 nCodeの技術は、耐久性の評価を必要とする密接な協力関係と研究によって洗練されており、多軸疲労、応力の結合、二軸性と平均応力補正を使用してより 正確なアプローチを選択することができます。シェル要素の上下面の応力を考慮することができます。
モジュール名 モジュール内容
GlyphWorks Fundamentals GlyphWorksの共通基本機能。共通インターフェスを含むデスクトップ環境。共通表示機能。共通入力機能。共通出力機能。共通関数処理機能。共通レポートモジュール。ASCII変換
DesignLife Base FEM解析結果による疲労寿命評価の標準機能群
CAE Strain (E-N) solver EN におけるCAE 疲労解析 - 繰り返し塑性の状態を評価できる局所ひずみ(ひずみ寿命)法による解析
CAE Stress (S-N) solver SN におけるCAE疲労解析 - S-Nカーブを使用して主に高サイクル疲労の解析
CAE Dang Van solver Dang VanによるCAE疲労解析 -

微視的な損傷が高サイクル疲労状態。Dang Van法による疲労限度における安全率計算をする
CAE Spot Weld solver スポット溶接CAE疲労解析 - スポット溶接における疲労寿命解析をする
CAE Seam Weld Solver 薄板鋼板の溶接疲労解析 - 疲労寿命解析をする
CAE Thermo-Mechanical Fatigue 応力と温度の情報から、高温かつクリープを伴う疲労を解析します。排気系システムやマニフォルドのような機械的荷重および温度負荷の両方を受ける製品に適用可能
CAE Short Fiber Composit Solver 維配向性がある異方性材料の応力寿命を計算します。FE結果から各層の積分点応力テンソルを読み取ります。FEMによる製造シミュレーションにより”ファイバーシェア”として配向方向を示す材料の配向性として受け取ります。この配向方向はASCIIファイルとして入力することも可能
CAE Adhesive Bond 金属鋼板どうしの接着の疲労解析に使用します。もっとも危機的な荷重が加わったときの破壊力学手法にもとづいている
CAE Vibration Fatigue ランダムPSD入力によるCAE疲労解析 -周波数領域で寿命解析をする
CAE Safety Factor 応力ベースの安全係数を計算する。S-NおよびHaighマルチカーブを材料特性として使用する
Accelerated Testing ランダムPSD入力信号の生成、合成、加速信号の合成
CAE Thread Option Intel プロセッサにおいて2並行処理を実施する
CAE 6-Thread Option Intel プロセッサにおいて6並行処理を追加演算することができる
CAE Distributed Processing 寿命計算の際にMPIを利用したマルチCPUおよび複数ノードマシンで高速に演算する
IMSL Statistics IMSL 統計ライブラリとの統合(IMSL統計ライブラリは別途必要)
nCode社耐久評価システムを用いた解析事例をご紹介します。
 

John Deerの事例

統合的化された耐久性解析

 

走行試験やラボ試験による耐久性試験に対して、CAEによる耐久性解析は試作と試験の工数を大幅に低減することが期待できます。これはFEMソル バーにnCodeを組み合わせることで実現可能です。John Deer社では弾性体を含むマルチボディモデルを耐久性評価するCAE手法を構築し、翼型ロータリーカッターの複数の機種に適用し、試験との相関性を確認 しました。


路面から入力される荷重がタイヤ→サスペンションに伝達し、弾性体構造に至る疲労耐久性を評価し、幅が異なる複数の製品で検証をして評価用基本モデル獲得することで設計変更のガイドラインを導き出しています。


 
 
ロータリーカッターへの疲労解析適用モデル
なお、本手順は、
  • FEM解析ソルバー(MSC.Nastran,ANSYS,ABAQUS)+
  • 弾性体解析ソルバー(MSC.ADAMS/Flex+MSC.ADAMS/Durability)+
  • 疲労耐久性解析ソルバー FE-Fatigue(DesignLifeも同様)

で実施することができるようになりました。
 
解析結果

クリティカルローケーション(潜在的に問題となりうる部位)をFEMモデル上で俯瞰することができます。
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