خستگی بار تصادفی

در بسیاری از کاربردها، بارهای اعمال شده به سازه ها از نظر ماهیت تصادفی هستند. نتایج نمونه گیری از پاسخ ساختاری بسته به زمان جمع آوری داده ها متفاوت خواهد بود. اگرچه استرس تجربه شده همیشه زیاد نیست، بارگیری و تخلیه مکرر می تواند منجر به خستگی شود . چالش‌های مهندسی در این نوع کاربردها، تعریف پاسخ تنش به تاریخچه بار تصادفی در نقاط بحرانی و پیش‌بینی آسیب خستگی است. این با ویژگی خسارت تجمعی در ماژول خستگی شبیه‌سازی شده است که تاریخچه تنش را با استفاده از روش شمارش جریان باران تعریف می‌کند و خسارت خستگی را با استفاده از قانون خسارت خطی Palmgren-Miner محاسبه می‌کند.

بارهای متعدد به آسیب تجمعی کمک می کند

بارهای تصادفی تنش های مختلفی را با بزرگی های متفاوت وارد سازه می کنند. بنابراین شناسایی روندهای کلی در تاریخچه استرس مهم است. شمارش چرخه جریان باران یک روش محبوب برای انتقال تاریخچه بار متغیر به یک توزیع تنش گسسته است که با تنش متوسط ​​و دامنه تنش مشخص می شود. در COMSOL Multiphysics، توزیع تنش شمارش جریان باران در یک نوع نمودار جدید، به نام ماتریس هیستوگرام ، مشاهده می‌شود .

توزیع تنش بر اساس روش شمارش چرخه باران.

یک راه کلاسیک برای به دست آوردن عمر خستگی از طریق منحنی SN است. دامنه تنش را به تعداد چرخه های بارگذاری که یک ماده می تواند تحمل کند مرتبط می کند. با این حال، در بارگذاری متغیر، دامنه تنش ثابت نیست و در عوض، باید از یک مدل جایگزین استفاده کنید که سهم خسارت هر چرخه را محاسبه کند. شما ممکن است از قانون آسیب خطی Palmgren-Miner استفاده کنید، روشی که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، تا این مورد را به تصویر بکشید. در ماژول خستگی ، قانون Palmgren-Miner توزیع تنش شمارش جریان باران را پردازش کرده و آن را به منحنی SN محدود کننده مرتبط می‌کند. برای به دست آوردن اثر تنش متوسط، به طوری که آسیب با افزایش تنش متوسط ​​افزایش می یابد، منحنی SN با آرگومان برای مقدار R مشخص می شود.

محاسبه خسارت تجمعی بر اساس بارهای تعمیم یافته

تجزیه و تحلیل خستگی شامل دو مرحله است. ابتدا پاسخ ساختاری یک چرخه بار را محاسبه می کنید. بعد، یک ارزیابی خستگی انجام می دهید. هنگامی که تعداد رویدادهای بار در تحلیل بار تصادفی زیاد باشد، شبیه‌سازی چرخه بار زمان‌بر است، اما اگر اثرات غیرخطی در شبیه‌سازی وجود نداشته باشد، می‌توان زمان محاسبه را تا حد زیادی کاهش داد. در آن صورت، چرخه استرس را می توان با کمک سوپرپوزیشن تجویز کرد. این با نوع تحلیل بارهای تعمیم یافته در ویژگی خسارت تجمعی قابل انتخاب است. در آنجا، چرخه بار بار به مرحله بار به مرحله تجویز نمی شود، بلکه تاریخچه یک بار خارجی به چند بار تعمیم یافته با تاریخچه بار متناظر تجزیه می شود.

بار خارجی با استفاده از سه بار تعمیم یافته و تاریخچه زمانی متناظر شبیه سازی شده است.

محاسبه خسارت تجمعی بر اساس بارهای تعمیم یافته را می توان در مراحل زیر خلاصه کرد:

1. بارهای تعمیم یافته را تعریف کنید
2. بارهای تعمیم یافته را در یک مطالعه سازه ای تجویز کنید
3. محاسبه پاسخ سازه به بارهای تعمیم یافته
4. تاریخچه بار را برای همه بارهای تعمیم یافته تعریف کنید
5. تاریخچه بار را برای بارهای تعمیم یافته مربوطه تجویز کنید
6. محاسبه تحلیل خستگی

سه مرحله اول در یک پیش مطالعه ساختاری انجام می شود، در حالی که سه مرحله آخر در یک مطالعه خستگی انجام می شود.

نمونه های مدل سازی خستگی

من می خواهم دو نمونه از شبیه سازی خسارت تجمعی را با شما به اشتراک بگذارم. هر دو را می توان در ماژول خستگی یافت. در یکی از مثال ها، چرخه بار به صورت گام به گام تجویز می شود و در نمونه دیگر، از طریق گزینه Generalized loads از برهم نهی استفاده شده است.

مثال ” قاب با برش ” از گزینه بارهای عمومی استفاده می کند. در اینجا، پاسخ خستگی به 1000 رویداد بار شبیه سازی شده است. کل زمان محاسبات با گزینه بارهای تعمیم یافته 8 دقیقه است، در حالی که رویداد بار با محاسبه رویداد بار 1.5 دقیقه برای هر رویداد بار طول می کشد، بنابراین چرخه بار کل به یک روز کامل زمان محاسبات نیاز دارد. علاوه بر این، مقدار زیادی از داده ها باید ذخیره شوند تا توسط مطالعه خستگی پردازش شوند. با گزینه Generalized loads شما نیازی به صرف زمان زیادی برای محاسبات خود ندارید.

مدل « شمارش چرخه در تحلیل خستگی – معیار » نتایج شمارش جریان باران را با استاندارد ASTM مقایسه می‌کند. نتایج بر اساس Palmgren-Miner با محاسبات دستی مقایسه شده است.

اگر می‌خواهید درباره مدل‌سازی خستگی بیشتر بدانید، وبینار مدل‌سازی خستگی ما با COMSOL را در 30 ژوئیه ²⁰¹³ هماهنگ کنید .