工况循环（Duty Cycle）分析

工况循环（Duty Cycle）分析

在地面车辆行业，一个部件的寿命必须通过代表真实使用条件的试验场（Proving Ground）测试。试验场定义的载荷是各种事件的组合，每个事件有相应的重复次数，被称为工况循环（Duty Cycle）或耐久性计划。在航空航天领域，类似的概念被称为飞行谱（Flight Spectra）。这些事件通常定义为时间历程，但也可以使用其他载荷表示方式，如恒定幅值载荷。

Duty Cycle分析是疲劳耐久性评估中最贴近实际服役场景的分析方法。它将多个事件的疲劳损伤通过线性损伤累积原理进行组合，还能考虑跨越事件的循环造成的损伤。本节教程将带您从创建CAE Duty Cycle文件开始，完成流程配置、运行分析、选择临界位置、设置Duty Cycle属性并评估不同分析选项的影响。

本节学习目标

• 使用ScheduleCreate工具创建CAE Duty Cycle

• 加载已有流程，完成设置并运行Duty Cycle分析

• 选择临界位置进行进一步分析

• 设置定义Duty Cycle分析方式的属性并查看其效果

• 使用其他技术定义Duty Cycle

演示文件准备

文件位于nCode安装文件夹下的 \demo\designlife\06_DutyCycleAnalysis\ 目录中，所需文件包括：

• Event_A.rsp / Event_B.rsp / Event_C.rsp — 三个事件的载荷时间历程

• Ex_DutyCycle.flo — 预设流程文件

• shock.op2 — NASTRAN FE结果文件

工程背景：Duty Cycle概念

线性损伤累积原理在Duty Cycle分析器中用于组合多个结果。此外，还有一个选项可以考虑跨越事件的循环造成的损伤。Duty Cycle分析通常使用多个同时的FE载荷工况，与多组载荷时间历程相关联。瞬态分析的结果也可用于处理如坑洞事件等场景。

在本例中，车辆结构的前纵梁和减震器塔部分承受三个载荷（x、y、z方向），通过FE分析施加。FE载荷作为独立的载荷工况施加，以给出每个载荷独立产生的应力。实测时间历程载荷以RPCIII格式提供，定义每个事件的载荷。为简化分析，Duty Cycle仅包含三个不同事件。这些文件包含多个通道——本例中为三个，以匹配三个静态FE载荷工况。

创建CAE Duty Cycle

在DesignLife中有多种创建Duty Cycle的方法。本例将使用ScheduleCreate工具。

步骤1　在nCode Desktop中，点击Applications菜单上的ScheduleCreate按钮

步骤2　选择Create New并点击Next按钮创建新的Duty Cycle

步骤3　Setup对话框打开。选择schedule Type = CAE Duty Cycle

对于本例，CAE Duty Cycle是唯一需要选择的项目，因为您将使用默认通道映射。

计划文件与通道映射

CAE Duty Cycle是CAE应用的首选计划文件类型，因为它提供的功能。除了CAE Duty Cycle文件外，DesignLife还接受Time Series计划文件（通常用于测试应用）。

不同的文件扩展名用于区分计划文件类型：

• CAE Duty Cycle文件：.dcy

• Time Series计划文件：.sch

ScheduleCreate Setup对话框底部的Channel Mapping输入用于更改FE载荷工况与时间序列输入文件之间的默认通道映射。默认情况下，映射按顺序配置（1,2,3,...）。但如果您想交换通道2和3，则在通道映射字段中输入1,3,2。

步骤1　完成Setup页面后，点击Next打开Events对话框。下一步是添加各个时间序列事件

步骤2　选择Add Events > Time Series

除了基于Time Series的事件外，您还可以添加Constant Amplitude histories、Time step results和CAE Duty Cycles作为事件。也就是说，CAE Duty Cycles允许嵌套Duty Cycle。

步骤3　（可选）如果需要从其他位置添加文件，选择Browse并导航到目标文件夹，然后点击Scan Now

步骤4　在Available tests区域高亮三个事件的时间序列文件：Event_A、Event_B、Event_C。点击>按钮将高亮的测试添加到Tests selected区域，然后点击OK

步骤5　三个事件已添加到事件列表中，输入每个事件的重复次数。本例中重复因子为：Event_A = 80、Event_B = 120、Event_C = 5

步骤6　点击Next

步骤7　最后一步是将CAE Duty Cycle文件保存到工作文件夹。输入名称Schedule1并点击Finish。文件扩展名.dcy将自动添加，ScheduleCreate将关闭

启动GlyphWorks并设置Duty Cycle分析

Duty Cycle文件创建完成后，需要启动GlyphWorks运行分析。

步骤1　从Main Menu启动GlyphWorks

步骤2　加载预设流程Ex_DutyCycle.flo

该流程设置了五个Glyph并按图示连接。注意，EN CAE Fatigue Glyph（名为ENAnalysis1）没有Time Series输入端口，因为CAE Duty Cycle文件将直接读入EN CAE Fatigue Glyph。

为使本例专注于Duty Cycle，ENAnalysis1的某些属性已修改以加快分析速度并简化输出。以下更改已包含在流程中：

此外，以下参数已在Properties对话框中暴露，供没有Advanced Edit访问权限的用户使用：

• ENEngine_EventProcessing

• ENEngine_OutputEventResults

完成流程配置

步骤1　从GlyphWorks的Available Data窗口展开FE Models部分，将NASTRAN结果文件shock.op2拖到FEInput1上

步骤2　右键点击ENAnalysis1 Glyph并选择Edit Load Mapping

步骤3　系统提示是否运行流程到此点。由于只需输入CAE Duty Cycle文件名，不需要输入端口的信息，点击No。保持Configuration Method=From File

步骤4　在Duty Cycle Filename处点击Browse，选择之前创建的CAE Duty Cycle文件（Schedule1.dcy）

步骤5　点击OK接受文件名并返回工作区。现在可以运行分析了

运行CAE Duty Cycle分析

步骤1　点击Run按钮运行分析

FE Display Glyph高亮显示节点27406为临界位置，完整Duty Cycle的损伤值为0.04251。让我们集中关注此节点，查看各种Duty Cycle属性如何影响该位置的损伤。首先需要将分析设置为仅关注此节点。

选择临界位置

步骤1　右键点击ENAnalysis1 Glyph并选择Advanced Edit。选择No运行流程到此点，打开DesignLife Configuration Editor

步骤2　右键点击Analysis Runs: Run1并选择Add Static entity subset

步骤3　在Run1下将添加一个名为Entity Subset Static1的条目。点击此项，右侧出现对话框。保持EntityType为Nodes，将Ids设置为临界位置27406

Duty Cycle属性详解

Duty Cycle属性在Advanced Edit（或Properties页面）中的ENEngine下设置，位于AnaDef > Run1 > Analysis Runs路径下。有两个Duty Cycle属性：

• EventProcessing：定义分析的执行方式。默认为Independent，意味着每个事件的损伤独立计算，所有雨流循环在每个事件内闭合。Duty Cycle损伤是每个事件的损伤乘以重复次数之和

• OutputEventResults：确定是否输出每个事件的表格结果。这使您能够查看哪些是临界位置的重要事件，以及哪些事件不产生损伤，可以在未来的分析或测试中消除以加快速度

步骤1　将Analysis Runs: Run1: AnaDef: ENEngine: OutputEventResults属性设置为True

步骤2　点击OK并重新运行流程。由于仅分析单个节点，分析速度非常快

步骤3　点击第7列Event name对结果进行排序

结果仅针对节点27406，显示每个事件的损伤和Duty Cycle的损伤。每个事件的损伤包含重复因子，可以看到Event_B造成的损伤最大。

CAE Fatigue Glyph输出端口

默认情况下，CAE Fatigue Glyph提供两个输出端口：Compressed results和Full results。将光标移动到每个端口上可以查看名称。

Compressed results主要用于图形显示目的，因为每个节点（或单元）只给出一组结果。在Duty Cycle分析中，图形显示中只有完整Duty Cycle的结果可用。要获取如上表所示的每个事件的详细信息，必须将Data Values Display连接到Full results输出端口。还应注意的是，您可以在Advanced Edit中更改发送到输出端口的数据或添加更多输出。

EventProcessing选项对比

EventProcessing有三个选项：Independent、CombinedFast和CombinedFull。

Independent（独立）：关闭每个事件内的所有循环。即每个事件的损伤独立计算，如同事件从绝对最大值开始重复直到失效。这意味着残余在事件内闭合。Duty Cycle损伤是每个事件的损伤乘以重复因子，并在所有事件上求和。

CombinedFast（快速组合）：考虑跨越事件的损伤。例如，最大的循环在Event_B中有最大值，在Event_C中有最小值。CombinedFast计算每个事件的损伤和相应的重复因子。所有事件的残余被组合以处理跨越事件的循环。之所以称为快速分析，是因为每个事件只处理一次。它比独立分析更准确，因为它考虑了跨越事件的循环，但包含一些假设，因此不会给出与完整分析相同的答案。

CombinedFull（完整组合）：将事件（包括重复因子）连接起来。对于大的重复因子，这会导致非常长的时间历程，分析时间可能相当长。分析从绝对最大值开始。

请注意，这假设所有事件A先重复，然后是B，最后是C，因为这是输入中指定的顺序。如果要先完成部分A、B和C的选择，再完成剩余的A、B和C，则需要使用前面提到的嵌套Duty Cycle功能。

结果显示，对于此Duty Cycle，差异很小。Fast和Full方法无论Duty Cycle如何都会给出相似的答案，但在某些条件下独立方法可能给出不保守的答案，特别是当跨越事件的循环造成的损伤占总损伤的显著比例时。这发生在事件之间的极限差异较大且事件相对较短时。

创建计划的其他方法

我们使用了ScheduleCreate创建CAE Duty Cycle文件。DesignLife还提供了其他处理和创建Duty Cycle的方法，包括Advanced Edit、文本编辑器和Time Series计划文件。

在Advanced Edit中，您可以定义完整的CAE Duty Cycle，包括ScheduleCreate中不可用的附加选项。

步骤1　点击Advanced Edit打开DesignLife Configuration Editor

步骤2　右键点击Loading并选择Add Load Provider: Duty Cycle Load Provider

步骤3　在其下的LoadProviderDutyCycle1上，添加Duty Cycle Item

步骤4　在DutyCycleItem1上，通过选择Add Loadprovider: Time Series Load Provider添加时间序列载荷提供者

步骤5　添加实际的时间历程

以这种方式创建Duty Cycle时有很多功能可用，例如仅为一个事件交换通道、对特定通道应用缩放或偏移，以及许多其他自定义需求。还可以通过右键点击LoadProviderDutyCycle并选择Save Duty Cycle来创建CAE Duty Cycle文件。

CAE Duty Cycle文件（*.dcy）是XML文件，可以在文本编辑器中创建或修改。文件格式在File Formats PDF中提供。

也可以使用Time Series计划文件，但会丢失一些重要功能，如通道映射和对特定事件或通道的修改。Time Series计划文件可以通过管道作为Time Series引入，也可以在CAE Fatigue Glyph的Load Mapping中指定。如果计划文件通过管道引入，则不作为Duty Cycle处理；相反，连接的完整时间序列在Time Series Input Glyph中创建并作为单个时间序列引入。对于大型Duty Cycle，这可能是一个非常耗时的分析，并给出与EventProcessing选项CombinedFull相同的结果。

本节小结

✅ 掌握使用ScheduleCreate工具创建CAE Duty Cycle文件的完整流程

✅ 理解CAE Duty Cycle文件（.dcy）与Time Series计划文件（.sch）的区别

✅ 学会配置Duty Cycle分析流程并选择临界位置进行深入分析

✅ 掌握EventProcessing三种模式（Independent、CombinedFast、CombinedFull）的原理与差异

✅ 了解通过Advanced Edit、文本编辑器等方式创建Duty Cycle的替代方法

✅ 理解CAE Fatigue Glyph输出端口（Compressed results与Full results）的区别