Capaciteiten vermoeiingsanalyses

Met de vermoeiingsanalyse diensten die Quadco Engineering aanbiedt, kunnen kritische locaties geïdentificeerd en een realistische levensduur berekend worden vanuit de resultaten bekomen met een FEM analyse, zowel voor metalen als voor composieten. Wij gaan verder dan het uitvoeren van vereenvoudigde spanningsanalyses en vermijden zo overdimensionering van producten en structuren door het simuleren van de werkelijke belastingscondities en we verhoeden onze klanten voor kostbare ontwerpwijzigingen laat in de ontwerpfase. We bieden geavanceerde diensten aan voor het analyseren van vermoeiing bij virtuele shakertesten, lassen, trillingen, scheurgroei, composieten en thermo-mechanische problemen.

Stress-Life (S-N)

De voornaamste toepassing van de Stress-Life methode is high-cycle fatigue (lange levensduur), waar de nominale spanning de levensduur bepaalt. Een grote verscheidenheid aan methodes zijn beschikbaar voor het bepalen van S-N curves, waaronder de mogelijkheid om meerdere materiaalcurves te interpoleren voor factoren zoals gemiddelde spanning en temperatuur. We kunnen ook spanningsgradiënten en de oppervlaktekwaliteit in rekening brengen. Wanneer vermoeiingsmethodes op maat nodig zijn, dan gebruiken we Python scripting om de vermoeiingsmethode en materiaalmodellen op maat te definiëren. Analysefuncties omvatten:

  • Materiaalmodellen:
    • Standaard S-N
    • S-N Mean multi-curve
    • S-N R-ratio multi-curve
    • S-N Haigh multi-curve
    • S-N Temperatuur multi-curve
    • Bastenaire S-N
    • Aangepaste S-N via Python scripting
  • Spanningscombinatiemethodes van kritisch-vlak analyse
  • Terugrekenen naar target life
  • Multiaxiale beoordeling
    • Biaxiaal
    • 3D multiaxiaal
    • Autocorrectie
  • Gemiddelde-spanningscorrecties
    • FKM richtlijnen
    • Goodman
    • Gerber
    • Walker
    • Interpolatie van meerdere curves
  • Notch correctie - spanningsgradiëntcorrecties
    • FKM richtlijnen
    • Kritische afstand

Strain-Life (E-N)

De Strain-Life methode is toepasbaar voor een wijde verscheidenheid aan vermoeiingproblemen waaronder low-cycle fatigue, waar de lokale elastisch-plastische vervorming de levensduur bepaalt. De standaard E-N methode gebruikt de Coffin-Manson-Basquin formule, die het verband bepaalt tussen de vervormingsamplitude εa en het aantal cycli tot breuk Nf. Materiaalmodellen kunnen ook gedefinieerd worden aan de hand van algemene opzoekcurves. Dit laat toe om meerdere materiaalcurves te interpoleren voor factoren zoals gemiddelde spanning of temperatuur. Analysefuncties omvatten:

  • Materiaalmodellen
    • Standaard E-N
    • E-N Mean multi-curve
    • E-N R-ratio multi-curve
    • E-N Temperatuur multi-curve
    • E-N grijs gietijzer
  • Rekcombinatiemethodes of kritisch-vlak analyse
  • Spanning-rek tracking voor nauwkeurige cyclus positionering
  • Terugrekenen naar target life
  • Multiaxiale damage modellen
    • Wang Brown
    • Wang Brown met Mean
  • Gemiddelde-spanningscorrecties
    • Morrow
    • Smith Watson Topper
    • Interpolatie van meerdere curves
  • Plasticiteitscorrecties
    • Neuber
    • Hoffman-Seeger
    • Seeger-Heuler
  • Multiaxiale beoordeling
    • Biaxiaal
    • 3D multiaxiaal
    • Autocorrectie

Vermoeiing van puntlassen

De benadering voor de vermoeiingsanalyse van puntlassen in dunne platen is gebaseerd op de LBF methode (SAE paper 950711) en is uitermate geschikt voor toepassingen voor voertuigstructuren.

De puntlassen worden gemodelleerd met stijve beam elementen, ondersteund door de meeste FEA pre-processoren. Krachten en momenten die inwerken op de materiaaldoorsnede worden gebruikt om de structurele spanningen te berekenen rond de rand van de puntlassen. De levensduurberekeningen worden gemaakt rond de puntlas bij meerdere hoeken en de totale levensduur wordt bepaald door de worst-case richting.

We kunnen ook andere bevestigingsmethodes modelleren, zoals klinknagels en bouten.

Vermoeiing van lasnaden

We bieden vermoeiingsanalyses aan van lasnaadverbindingen, inclusief hoek-, overlap- en laserlassen. De methode die gebruikt wordt is gebaseerd op de benadering ontwikkeld door Volvo (SAE paper 982311) en wordt reeds vele jaren gebruikt bij de ontwikkeling van voertuigchassis en carrosserieprojecten. Lasnaadanalyse kan ook uitgevoerd worden met alle belastingstypes, inclusief trillingen. Spanningen kunnen zowel rechtstreeks uit FE modellen bekomen worden (shell of solid elementen) of berekend worden uit knooppuntskrachten of verplaatsingen nabij de las. Deze benadering is geschikt voor bezwijking aan de lasteen, laswortel en laskeel.

Dikke lassen worden beoordeeld aan de hand van de spanningsintegratiemethode beschreven in de ASME Boiler & Pressure Vessel Code VIII (Division 2) standaard. Correcties voor plaatdikte en gemiddelde spanningseffecten worden ook in rekening gebracht. De structurele spanning aan de lasteen, de hot-spot spanning, wordt geschat via extrapolatie van de oppervlaktespanning in punten dichtbij de las. De BS7608 lasstandaard is ondersteund, samen met de benodigde materiaalcurves.

Lasnaadanalyse van scheurinitiatie tot finale breuk

Een vermoeiingsanalyse unificatietheorie ontwikkeld door Prof. G. Glinka wordt gebruikt om de nauwkeurigheid van de vermoeiingsanalyse van dikke lassen te verbeteren. Het gebruikt een geïntegreerde benadering voor het modelleren van vermoeiing over de volledige de levensduur van een component - van de allereerste stadia van scheurinitiatie tot de finale breuk - voor een nauwkeuriger bepaling van de levenduur van lassen, vooral bij complexe geometrieën.

De methode gebruikt de spanningsverdeling doorheen de dikte van de plaat en er kan rekening gehouden worden met de effecten van restspanningen. Hoewel deze methode vooreerst gebruikt wordt voor CAE gebaseerde analyses, kan die ook toegepast worden op gemeten spanningsdata.

Trillingsvermoeiing

Het beoordelen van trillingsvermoeiing laat toe om triltafeltesten te simuleren, die aangedreven worden door random (PSD), swept-sine, sine-dwell of sine-on-random belastingen. Het levert de mogelijkheid om vermoeiing in het frequentiedomein te voorspellen en het levert realistischer resultaten op en is meer efficiënt dan tijdsdomeinanalyses voor vele toepassingen met willekeurige belastingen, zoals bij wind- en golfbelastingen.

Via Eindige Elementen modellen wordt de frequentierespons berekend of een modale analyse uitgevoerd, terwijl de trillingsbelasting gedefineerd wordt tijdens de post-processing fase. Dit kan het effect van temperatuur, statische offset belastingsgevallen en complete werkingscycli van gecombineerde belastingen omvatten. Trillingsvermoeiingsbelastingen kunnen gebruikt worden voor strain-life (E-N), stress-life (S-N), puntlas, naadlas en korte-vezel composietanalyses.

Thermo-mechanische vermoeiing

Componenten in een hoge-temperatuuromgeving zoals motorplunjers, uitlaatsystemen en spruitstukken kunnen complexe bezwijkmodi ondergaan. Wanneer thermo-mechanische vermoeiing wordt beoordeeld, berekenen we hoge temperaturen en kruip aan de hand van spannings- en temperatuursresultaten uit Eindige Elementen simulaties. Mechanische belastingen die variëren aan een ander tempo dan de variaties in temperatuur kunnen ook gecombineerd worden. Vereiste materiaaldata wordt afgeleid van standaard constante-temperatuur vermoeiings- en kruiptesten.

We bieden hoge-temperatuur vermoeiingsmethodes aan, zoals Chaboche en Transient Chaboche. Kruip analysemethodes omvatten Larson-Miller en Chaboche.

Scheurgroei

We bieden volledige breukmechanica capaciteiten aan, waarbij we gebruik maken van industriestandaard methodieken voor opgegeven locaties op de geometrie. De scheurgroeiwetten die we gebruiken bevatten NASGRO, Forman, Paris, Walker en meer.

Virtuele rekstroken en virtuele sensoren

Het gebruiken van virtuele rekstroken maakt de correlatie tussen test en Eindige Elementen resultaten mogelijk. Rekstrookjes (enkelvoudige of Rosette) of verplaatsingssensoren kunnen grafisch gepositoneerd en georiënteerd worden op Eindige Elementen modellen in een post-processing stap. Tijdshistorieken ten gevolge van opgelegde belastingen kunnen verkregen worden voor directe correlatie met gemeten vervormings- en verplaatsingsdata.

Korte-vezel composieten

Om vermoeiing van korte-vezel composieten te beoordelen, gebruiken we een stress-life benadering voor de analyse van anisotropische materialen zoals met glasvezel gevulde thermoplasten.

De analyse van korte-vezel composieten vereist standaard materiaaldata van twee of meerdere S-N curves voor verschillende vezelrichtingen. We gebruiken deze data om een geschikte S-N curve te berekenen voor elk rekenpunt en elke richting.

Composietanalyse

In een vermoeiingsanalyse van composieten evalueren we de sterkte van een structuur ten opzichte van industriestandaard composietbezwijkingscriteria. In plaats van zich te beperken tot een klein aantal belastingsgevallen of belastingsstappen, kunnen spanningen beoordeeld worden aan de hand van de gekozen bezwijkingscriteria doorheen realistische werkingscycli (quasi-statisch of dynamisch). Dit laat toe om kritische locaties, belastingscombinaties en geassocieerde ontwerpfactoren gemakkelijk te identificeren.

De onderstaande methodes kunnen afzonderlijk of gecombineerd gebruikt worden voor de meest conservatieve resultaten:

  • Maximum stress
  • Maximum strain
  • Norris
  • Hoffman
  • Tsai-Hill
  • Tsai-Wu
  • Franklin-Marin
  • Hashin
  • Hashin-Rotem
  • Hashin-Sun
  • Modified NU
  • Norris-McKinnon
  • Christensen
  • User-defined custom methods via Python

Dang Van

Dang Van is een multiaxiaal vermoeiingslimiet criterium dat gebruikt wordt om de endurance limiet te voorspellen bij complexe belastingsgevallen. De uitkomst van de analyse wordt uitgedrukt als een veiligheidsfactor en dus niet als een levensduur. De methode gebruikt specifieke materiaalparameters berekend uit trek- en torsieproeven.

Veiligheidsfactor gebaseerd op spanningen

In onze vermoeiingsberekeningen kunnen we een veiligheidsfactor implementeren die gebaseerd is op materiaalspanning. Bij deze methode worden standaard gemiddelde-spanningscorrecties of Haigh diagrammen gebruikt om de duurzaamheid te beoordelen. Deze methode is wijdverbreid als kritisch ontwerpcriterium voor motor en aandrijflijn componenten.