FEMFAT 高端疲劳强度及优化分析软件

发展历史及概述

麦格纳国际 (Magna International Inc)是麦格纳动力总成集团(MAGNA Powertrain)的母公司，为全球范围内的第三大汽车零部件生产制造商。

麦格纳于 1998 年收购了斯太尔工程技术中心（ECS）。该公司原为欧洲著名的商用车制造商，其商标为中国家喻户晓众人皆知的斯太尔商标，生产的商用车已在中国本土处处可见。

斯太尔工程技术中心可对整车、零部件及系统集成提供仿真计算和试验， 包括多体动力学分析、有限元仿真、整车热平衡管理、驾驶性仿真、流体计算、CAD/CAM支持、产品工程数据管理、PLM/EDM 服务以及 CAD 设计。公司研发的包括FEMFAT 疲劳分析软件在内的产品凝聚了公司几十年来的设计与制造经验。

FEMFAT  是一套面向工程开发的疲劳强度分析和优化的软件，凝聚工程中心多年的工程开发实际经验，并经过全球用户的使用验证，其算法高效精确、结果可靠。软件考虑了各种各样的疲劳强度影响因素， 最大程度的真实地反映实际构件的受力状态，提供可信的分析预测结果，便于工程师在产品设计的早期阶段预测评估，从而加速产品的开发过程，降低产品的开发成本，提高产品的开发质量。

FEMFAT 分析流程

模块及功能

主要模块

模块功能

l BASIC 模块：载荷谱形式简单的单轴疲劳寿命分析；

FEMFAT BASIC 是软件的基础模块，它与其它大量的有限元软件如 Nastran、 ABAQUS、ANSYS、I-DEAS、MEDINA、PATRAN、Pro/Mechanical 等均有友好的软件接口。为了更有效和方便的集成到用户的 CAE 工程中，一些常用的对多体动力学、优化和测量系统的用户接口如 ADAMS、SIMPACK、TOSCA、RPC、 LMS-TecMath、DIAdem 等已经集成到 FEMFAT 中了。

•  对 FE 分析方法的结果进行可靠和有效的分析；

• 与通用的有限元软件有接口；

•  对主应力方向不变的简单载荷工况进行疲劳计算；

•  可以使用阶梯、雨流矩阵和合成法创建的载荷谱进行疲劳损伤分析；

•  疲劳极限的安全因数分析；

•  具有 350 余种不同材料数据库（钢、铸铁、铝合金和镁合金）；

•  考虑了许多影响疲劳强度的因素。

l PLAST 模块：考虑发生塑性变形的疲劳寿命分析；

当局部应力超过材料的屈服极限的时候局部的塑性变形将会发生，这种塑性变形将在 FEMFAT PLAST 模块中被考虑。

一个应力载荷谱描述了振动应力的振幅和循环次数，这些振动应力发生在零部件的使用当中。一个载荷谱并不包含关于单个应力循环先后次序的信息。因此在 FEMFAT PLAST 中通过应用局部应力，先后次序的影响将近似的用“有利于的”和“无利于的”次序进行作用。

当从有限元分析得到线性应力后，一个循环稳定的应力-应变曲线将被用来计算弹性-塑性应力。第一步，最大应力将通过 Neuber 双曲线从新计算出来。下一步，对于逆循环弹塑性的最小应力将被确定。

当先后次序的影响被考虑时，依赖于平均应力的大小，雨流矩阵中条目的各局部损伤值将被叠加在一起。先前条目的被重新调整的应力将被传递到下一个被计算的条目。依赖于压缩的平均应力的雨流矩阵中的单元与依赖于拉伸的平均应力的单元是不同的。

l BREAK 模块：静态过载分析；

当用户对模型的节点由于线性计算产生的高应力梯度而断裂进行预测感兴趣时，用户可以选择这个分析方法。这意味着本质上 FEMFAT BREAK 不是疲劳分析项目，但它是一个基于线性分析结果的十分有用的工具，来试图在不同的设计方案的选择上减少所需的试验次数。

FEMFAT BREAK 考虑了模型中的相对应力梯度来决定应力的极限。通过材料的特性（断裂应力和杨氏模量）以及 Neuber 双曲线的应用，FEMFAT 可以确定材料的 Neuber 应力极限。这是一个可允许应力的最大值相对于相对应力梯度的信息，它是由试棒的拉和压力产生的破坏应力而得到的。

l HEAT 模块：考虑温度影响的热疲劳分析；

FEMFAT HEAT 模块的用途是为了零部件在受到机械和热冲击下的低周疲劳分析。特别是发动机部件如缸盖、活塞、排气歧管、涡轮叶片等必须满足经济性和疲劳耐久性的设计要求。

目前随着对发动机重量，性能和排放等要求的不断提高，发动机零部件和排气歧管等比以前将受到更大的负载和更高的温度。这样零部件在高温高压同时作用下的疲劳寿命计算就显得尤为重要了。目前热机械疲劳的预测越来越受到工程师们的关注，他们试图通过在等温的状况和单一重复的载荷工况下进行模拟。然而等温试验在不断变化的应变和温度情况下并不能获得全部的损伤机理。正像Sehitoglu 教授所说的那样，在热机械工况作用下，我们应当对影响材料特性不同的微观机理进行深层次的理解。

•  基于弹塑性变形的应力和应变计算 (例如通过 ABAQUS 进行分析)

•  提供 NASTRAN-OP2 和 ABAQUS-FIL  瞬态节点应力和应变的用户界面

•  瞬态节点温度的用户界面

•  时间信息的用户界面

•  热冲击疲劳材料的数据库

l EHD 模块：轴承分析，分析轴承的油膜压力等；

l NVH 模块：声学分析，考虑以声音等外在激励引起的结构疲劳变化；

l FEDIS 模块：主要功能是提供与各种有限元前后处理软件的接口；

l WELD 模块：缝焊的疲劳分析；

焊接部件将极大的减小承受动态载荷的能力。因此， 焊接部件的有限元分析对于 CAE 来说是很重要的课题。为了解决这个问题，焊缝动态载荷的自动评估已经被开发和集成在 FEMFAT WELD 模块中了。

•  可行的焊接单元网格划分

•  焊接单元的自动识别与评估

•  开放的焊接数据库：

•  凹槽系数、S/N  曲线、Haigh  图和厚度影响

•  可视化结果：损伤值、寿命和安全系数

•  兼容性: BASIC & MAX

l SPOT 模块：点焊疲劳寿命分析；

FEMFAT SPOT 模块是用来对焊点和自刺穿铆钉部件的刚度和疲劳进行分析。分析结果可以用通用的有限元后处理或是 FEMFAT VISUALIZER 来进行显示。

•  自动详细焊点单元网格

•  与通用的 FE 系统兼容性

•  改进的刚度仿真

•  基于测试结果仿真

• 新的焊接技术应用和扩展 (Spot-welding, Self-piercing riveting)

•  焊点区域的自动识别、鉴定和评价

• 开放的点焊数据库：spot diameter, S/N curves, Haigh Diagram

•  图形化结果

•  与其它模块兼容性：BASIC & MAX

l STRAIN 模块：真实疲劳寿命分析，利用测得的应力/应变结果分析疲劳寿命；

通过增加处理测量数据的额外功能，STRAIN 模块将扩大 FEMFAT 疲劳分析软件的应用范围。应用应变片所测量的部件应变数据可以通过 FEMFAT LAB等测量数据处理软件进行存储，并以适当的格式提供给 STRAIN 进行计算。

STRAIN 模块提供了两个主要功能，也因此分割为两个子模块。

•   STRAIN CALC 子模块可以被应用在进行损伤值分析和确定疲劳安全系数。类似在 TransMAX 中进行分析，但在这种情况下分析是基于测量的应变值。对于这个分析过程是不需要有限元模型的。

•   STRAIN COMP 子模块用来比较有限元计算的数据和测量的数据，分析中既可以使用应力也可以使用应变数据。

l MAX 模块：多轴疲劳寿命分析；

为了研究多轴应力对复杂零部件结构如白车身、底盘部件、大梁或曲轴的作用，采用简单的方法如等价单轴受力来进行分析是不恰当的。

FEMFAT MAX 模块被开发出来用准确和有效的方法对这些复杂载荷状况进行分析评估。这些应用的方法来自于恰当的文献（如：FKM 规范）、自身的开发以及长期的研究和工程项目的检验。

•  对复杂载荷实现可靠和有效的分析；

•  与 MBS 和测量数据系统有接口，获得载荷历程数据；

•  能够处理通道（Channel）和瞬态（Transient）载荷的工况；

•  通过设置过滤器，提高计算效率；

•  没有载荷数量限制；

•  与 WELD  和 SPOT 兼容

l LAB 模块：载荷的信号处理。包括载荷的雨流分析，瀑布图分析等；

FEMFAT Lab 模块将道路试验、台架试验和计算部门有机的结合在一起。

它是一个强大的工具可以对大量的数据进行观察和处理。  FEMFAT Lab 在几秒钟内可以显示上百万扫描点或是成百的通道的时间历程。不正常的如漂移、平均位移和尖锐点可以被自动或是手动的去除。应用 FEMFAT Lab 模块的“项目逻辑”可以大量的节省操作时间，因为不同文件的同样操作可以自动的完成。

FEMFAT Lab 包含如下的子模块：

LAB Time

        -  统计

        -  时间域的绘图（x-t  或 x-y），时间域的编辑（裁剪，移动点，移动信号，零信号）

        - 过滤器 -  包含数学和逻辑的公式编辑器 -  积分和微分

        - 移动平均，中心信号 -  寻找和更改测量数据中的错误

        - 合并和提取通道

        -  文件添加

        - 数据格式转换

        -  滤波信号

        - 测量参数的修改

        -  文本编辑器

LAB Frequency

        - 路谱分析：功率谱，传递方程，交叉谱等

        - 便捷的参数评估

        -  雨流图

        -  坎贝尔图

LAB Class - Fatigue

        -  雨流计算，层跨越法，行列计数法

        -  多维雨流计算

        - 在层分类中时间可以达到 3 维

        -  时间域的绘图（x-t  或 x-y），时间域的编辑（裁剪，移动点，移动信号，零信号）

        -  雨流矩阵的编辑器

        -  分类结果的相加（相减）

        -  依据 Miner 法的疲劳分析

        - 寿命评估

        -  为 FE 和试验台架的损伤值等价数据裁剪

LAB VI (Virtual Iteration)

        - 虚拟迭代是基于一个模型在时间域应用多体动力学仿真的外部激励的确定。

        - 通过应用一个类似实际物理台架试验的仿真迭代过程，可以使您调整在一个构件上的外部负载。这种方法是通过使内部测量值（也就是说适当的载荷流）能够在达到所希望的精确度的情况下，能够被重新生成（一个逆向非线性问题的求解）。

l Visualizer 模块：疲劳结果后处理。生成报告，寿命云图，损伤云图等。

FEMFAT VISUALIZER 是一个快速的 3D 后处理来显示有限元模型的结构和

分析的结果。另外可以显示由 FEMFAT BASIC、Trans-MAX 和 Channel-Max模块里相应的有限元应力分布。对于 Max 模块来说载荷重叠产生的应力可以被显示。既可以观察所有的通道也可以排除一些通道。

•  面向工程开发的专项疲劳分析解决方案，全球 1000 多家用户的成功验证及工程实践；

• FEMFAT 软件与其它 FE 软件具有很好的集成性，操作简单，易学易用；

• 经过多年的项目合作与产品开发，在产品的结构强度分析方面，ECS 积累了大量的数据和经验，能够根据用户需求建立结构强度分析、评价和优化的一整套系统化流程;

• ECS 是专业的汽车开发技术工程中心，有一支世界上一流的专业化产品研究开发应用的队伍与一流的基础结构强度实验室，FEMFAT 软件功能正不断扩展和增强，快速响应用户新的不同需求。

免责声明：

本页面/内容部分素材来源于互联网公 开 信 息，旨在传递更多信息，不代表本平台立场。

版权归原作者或机构所有，如涉及侵权，请通过平台联系我们，我们将在核实后第一时间处理。

本平台对转载内容的真实性、准确性不作任何保证，用户需自行判断并承担使用风险。