使用疲劳过程管理器(FPM）对基于 RPC 的载荷历程输入进行缝焊疲劳分析

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使用疲劳过程管理器（FPM）通过基于RPC（Rainflow Counting Procedure）的载荷历程输入进行缝焊疲劳分析。这种方法主要用于评估焊接结构在循环载荷作用下的疲劳寿命。下面是这种方法的一些关键点：

1. 疲劳过程管理器（FPM）：FPM是一种工具，用于管理疲劳分析的整个过程，包括载荷历程的输入、疲劳分析的设置、结果的评估等。它可以帮助工程师更有效地组织和管理疲劳分析的各个阶段。

2. 基于RPC的载荷历程输入：RPC是一种循环计数方法，用于从时间历程的载荷数据中提取出等效的简单循环。这种方法可以处理复杂的载荷历程，将其转化为可以用于疲劳分析的循环载荷序列。RPC方法特别适合于分析随机或多变的载荷条件。

使用FPM和RPC载荷历程输入进行缝焊疲劳分析，可以更准确地模拟实际工况下的载荷条件，该方法是一种适用于薄金属板的热点应力方法。

在开始之前，请将本教程中使用的文件复制到您的工作目录。

·http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-6100/cradle_SeamWeld_fpm_tutorial.zip

热点应力是根据熔接线处的节点力计算的。该方法与1.0 mm至3.0 mm厚度的板材的实验室测试结果具有良好的一致性。该方法通常需要两条SN曲线。一种是以弯曲应力为主的弯曲SN曲线，另一种是以膜应力为主的膜SN曲线。

您可以在OptiStruct中执行母材疲劳和焊缝/点焊疲劳。在本教程中，您将使用Fatigue Process Manager设置副车架的缝焊疲劳分析。

·缝焊建模使用CQUAD4 单元公式。

·Volvo方法或热点应力方法用于根据焊缝处的节点力计算热点应力。

·无论焊缝形状如何，熔接线处的力平衡都成立。

图1.汽车支架

您将能够计算在缝焊位置发生的损坏。疲劳仿真设置是使用Process Manager完成的。包括以下内容：

·启动Fatigue Process Manager

·导入模型

·创建疲劳SUBCASE

·定义疲劳分析参数

·定义疲劳Element和SN属性

·定义加载时间历程记录和加载顺序

·提交作业

·查看结果摘要并启动HyperView进行后处理

一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件

本练习使用的模型是汽车框架的模型。输入文件由框架所承受的3 个staticLoad Step组成- 正面扭转、后扭转和垂直弯曲。

1.启动HyperMesh。

此时将打开User Profile对话框。

2.选择OptiStruct，然后单击OK。

这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。

3.单击Tools>Fatigue Process>Create New。

4.对于New Session ，在工作目录文件夹中输入名称。

5.单击Create。

这将创建一个新文件来保存当前加载的疲劳流程模板的实例。

二、导入模型

1.点击File>Import>Solver Deck。

导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。

2.对于File type ，选择OptiStruct。

3.选择文件图标。

此时将打开Select OptiStruct文件Browser。

4.选择保存到工作目录中的cradle_seamweld_fatigue_startup.fem文件。

5.单击Open。

6.单击Import，然后单击Close以关闭Import选项卡。

在以下步骤中要实现的Fatigue Analysis设置的云图。

图2.疲劳设置- 角缝焊缝

三、设置模型

3.1创建疲劳SUBCASE

确保在Fatigue Analysis树中选择了任务Fatigue Subcase。

1.在Create new fatigue subcase字段中，输入Fatigue_SeamWeld。

2.单击Create。

3.对于选择现有疲劳SUBCASE，选择新创建的疲劳SUBCASEFatigue_SeamWeld。

Fatigue_SeamWeld被选为主动疲劳SUBCASE。以下过程（分析参数、疲劳单元和属性、载荷序列等）中的定义将适用于此SUBCASE。

4.单击Apply。

这将保存当前定义并指导您进行Fatigue Analysis树的下一个任务Analysis Parameters。

3.2定义疲劳参数

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入fatparam。

3.对于Card Image，选择FATPARM。

4.验证TYPE是否设置为SN。

5.将STRESS COMBINE设置为SGVON （Signed von Mises）。

6.将STRESS CORRECTION设置为GOODMAN。

7.将STRESSU设置为MPA （Stress Units）。

8.将RAINFLOW RTYPE设置为LOAD。

9.将GATEREL设置为0.0。

10.将CERTNTY SURVCERT设置为0.001。

11.选中SMWLD旁边的框，然后选择以下选项：

METHOD =VOLVO

Mean Stress Connection =NONE

SURVCERT =0.0

THCKCORR =YES

12.单击Apply。

这将保存当前定义，并指导您进行Fatigue Analysis树的下一个任务Elements and Materials。有关详细信息，请参阅Altair Simulation 2022.3 帮助。

3.3定义疲劳单元和材料

确保在Fatigue Analysis树中选择了任务Elements和Materials。

1.单击Add Material。

此时将打开Material Data窗口。

图3.Material数据定义

2.对于Material name，选择Steel_Base_material_340Mpa_SAE960X。

3.验证Stress unit是否设置为MPA。

4.对于UTS，输入600。

5.选中Seam Weld Material Properties旁边的复选框，然后单击Seam Weld Material Properties。

此时将打开Seam Weld Material Properties对话框。

6.输入Mean Stress Sensitivity、MSS2、Structural SN Curve以及弯曲和膜SN曲线材料值，如下所示。

图4.Seam Weld材料定义

7.单击OK关闭Seam Weld Material Properties对话框。

8.单击Save保存并关闭Material数据对话框。

3.4定义属性

1.单击Add Property。

此时将打开Property Data窗口。

2.对于Property Type，选择Property-PSHELL。

图5.疲劳属性数据

3.单击Close。

3.5定义FATSEAM Load Collector

FATSEAM有助于选择缝焊类型。

在本例中为角焊缝。

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入FATSEAM_OVRLAP_1。

3.对于Card Image，选择FATSEAM。

4.将WTYPE设置为OVLAP。

5.将NUM_FATSEAM_PSHELL_PIDS设置为7。

6.单击Data： PID旁边的表图标，然后在弹出窗口中为表中的所有7 个PID行选择7个不同的PSHELL ID。

7.单击Close两次以关闭表对话框以及FATSEAM对话框。

8.按照上述步骤再创建4 个FATSEAM卡，如下图所示。FATSEAM卡可以命名为：FATSEAM_OVERLAP_2、FATSEAM_FILLET_1、FATSEAM_OVERLAP_3 和FATSEAM_OVERLAP_4

Note：在定义FATSEAM_FILLET_1 卡时，确认WTYPE设置为FILLET。

图6.FATSEAM （FATSEAM_OVERLAP_1）定义

图7.FATSEAM （FATSEAM_OVERLAP_2）定义

图8.FATSEAM （FATSEAM_FILLET_1）定义

图9.FATSEAM （FATSEAM_OVERLAP_3）定义

图10.FATSEAM （FATSEAM_OVERLAP_4）定义

3.6定义PFATSMW属性

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Property。

2.对于Name ，输入PFATSMW。

3.对于Card Image，选择PFATSMW。

4.将BRATIO设置为0.6。

5.将TREF设置为1.1。

6.将TREF_N设置为0.1。

7.单击Close。

3.7更新FATDEF卡

1.单击FATDEF旁边的Update。

此时将打开FATDEF Entity Editor对话框。

2.验证是否选中了FATSEAM选项，并且FATDEF_FATSEAM_NUMIDS= 字段设置为5。

3.单击Data： FATSEAMID 旁边的表格图标，然后从属性选择器中选择所有FATSEAMID的属性PFATSMW，如下所示。

图11.FATDEF对话框

4.单击Close关闭FATDEF对话框。

5.点击Close按钮关闭Property Data对话框。

3.8加载时间历程记录定义

确保在Fatigue Analysis树中选择了任务Load-Time History。

1.使用ASSIGN切换Read RPC & DAC文件旁边的复选框。

2.使用ASSIGN点击Read RPC & DAC文件。

此时会弹出一个对话框。

3.对于Time series folder，选择RPC文件所在的目录。

4.输入值，如下所示。

图12.使用ASSIGN卡对话框读取RPC

5.单击Apply。

这将在输出文件夹中为所选时间序列输入文件夹中所有RPC文件中的所有通道创建两个包含文件（一个带有ASSIGN卡，另一个带有FATLOAD和FATEVENT卡）。

Note：FPM现在支持RPC和DAC文件。为此，您必须确保使用HyperMesh Desktop应用程序。

3.9载荷序列定义

由于在上一步中使用ASSIGN卡定义了FATLOAD和FATEVENT定义，因此不需要定义此步骤。

单击Next以转到Submit Analysis任务。

3.10定义FATPARM1 Load Collector

此步骤是必需的，因为目前无法在疲劳过程管理器模板中为EN方法定义缝焊选项。

1.在Model Browser中，展开Load Collector，然后单击FATPARM1Material。

Entity Editor随即打开。

2.将type设置为EN。

3.将MAXLFAT设置为NO或为空。

4.验证是否已设置以下内容：

a)COMBINE设置为SGVON。

b)UCORRECT设置为SWT。

c)PLASTI设置为NEUBER。

d)SURFSTS设置为blank。

5.验证以下内容：

a)SMWLD复选框为ON。

b)METHOD设置为VOLVO。

c)UCORRECT和THCKCORR设置为OFF。

3.11定义输出请求

在导出Solver deck之前，请先选择输出请求。请按照以下步骤操作。

1.在Model Browser中，展开Load Steps，然后选择Fatigue_Seamweld。

Entity Editor随即打开。

2.选中OUTPUT > DAMAGE的复选框。

3.将FORMAT设置为H3D。

4.将TYPE设置为EVENT。

5.将OPTION设置为ALL。

这将在h3d结果文件中写出每个事件的伤害结果。

6.同样，在疲劳Load Step下的OUTPUT选项下选中LIFE的复选框。

7.将FORMAT设置为H3D。

8.将OPTION设置为ALL。

四、提交作业

确保在Fatigue Analysis树中选择了任务Submit Analysis。

1.在Analysis页面中，输入OptiStruct面板。

2.单击输入文件字段后面的save as。

此时将打开Save As对话框。

3.对于File name ，输入名称cradle_seamweld_fatigue_export.fem。

Note：确保选择上面写出ASSIGN和FATLOAD包含文件的同一目录。

4.单击Save。

5.单击OptiStruct提交分析。

此时会弹出一个FYI对话框。根据消息，将导出Solver deck，并清除会话。

五、定义FATSEQ Load Collector

需要为创建的每个疲劳事件更新重复次数（N#）的FATSEQ卡。

要更新FATSEQ求解器卡的N字段，您可以：

·在文本编辑器中打开导出的Solver deck，或者

·将其导入回HyperMesh中

在HyperMesh会话中更新FATSEQ卡时，请按照以下步骤操作。

1.在新会话中，通过选择设置为合并的包含文件来导入OptiStruct求解器幻灯片（在上一步中导出）。

2.在Model Browser中，展开Load Collector并选择FATSEQ1卡。

Entity Editor随即打开。

3.单击Data： FID 旁边的表格图标，然后为所有疲劳事件输入适当的重复值N，如下所示。

图13.FATSEQ卡更新对话框

六、导出解算器Deck

如果您使用的是OptiStruct版本2019.1 或更低版本，则必须在提交作业之前编辑导出的求解器幻灯片。从每个MAT下的SMWLD行中删除NORMAL字符串。

1.导出最终的OptiStruct求解器幻灯片。

此导出的文件已准备好提交作业。

2. 如果您计划在HPC集群上运行作业，请上传求解器幻灯片以及所有RSP文件以提交作业。

七、后处理

成功完成作业后，检查目录以确保.out和.h3d文件可用。

1.将结果文件（.h3d）加载到HyperView中以进行后处理。

2.从SUBCASE下拉列表中选择Subcase 71 （Fatigue_SeamWeld）。

3.转到云图面板并选择Damage结果type。

4.单击Apply。

图14.HyperView中的损伤云图

来源：TodayCAEer

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首次发布时间：2025-07-05

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