Analisi a fatica in Creo Ansys Simulation
Analisi a fatica
Un'analisi a fatica in Creo Ansys Simulation consente di valutare la vita a fatica, il danno da fatica e il fattore di sicurezza utilizzando i risultati di sollecitazione o deformazione di una soluzione strutturale esistente. La fatica è un calcolo di postelaborazione eseguito sui risultati strutturali risolti.
Un comportamento a fatica definisce il modo in cui vengono eseguiti i calcoli della fatica. Include il metodo di fatica, la definizione di carico, il componente di sollecitazione o deformazione e i parametri relativi alla durata. Ogni risultato di fatica referenzia un singolo comportamento a fatica.
Prerequisiti per l'esecuzione di uno studio di fatica
• Prima di definire il comportamento o i risultati di fatica, è necessario definire un'analisi strutturale statica o transitoria.
• Per la valutazione della fatica, il modello deve contenere soltanto geometria solida. Le idealizzazioni di travature, gusci e coppie di gusci non sono supportate. I riferimenti devono essere corpi o componenti.
• Per definire i comportamenti e i risultati di fatica e per eseguire un'analisi a fatica, è necessaria una licenza Creo Ansys Simulation avanzata.
Definizione delle proprietà dei materiali di fatica
Prima di calcolare i risultati di fatica, è necessario definire le proprietà dei materiali di fatica per qualsiasi materiale assegnato al modello. Modificate un materiale esistente o createne uno nuovo. Nell'area Fatica (Fatigue) della finestra di dialogo Definizione materiale (Material Definition), definite le seguenti proprietà:
• Curva stress-life (Stress Life Curve) - La curva stress-life (S-N) definisce la relazione tra l'ampiezza della sollecitazione alternata e il numero di cicli prima della rottura in condizioni di fatica elastica (ad alto numero di cicli). Consente di prevedere la vita a fatica dei materiali in condizioni di carico ciclico. Definite la curva stress-life come funzione di tabella dell'ampiezza della sollecitazione rispetto ai cicli fino alla rottura. I valori di ampiezza della sollecitazione devono essere positivi. L'ampiezza della sollecitazione e il numero di cicli devono utilizzare entrambi la stessa scala, lineare o logaritmica. Non è supportato l'uso della scala lineare per l'ampiezza della sollecitazione e quella logaritmica per il numero di cicli o viceversa.
• Coefficiente di resistenza (Strength Coefficient) - Il coefficiente di resistenza è l'intercetta della resistenza alla fatica nell'equazione strain-life (ε-N). Rappresenta l'ampiezza della sollecitazione a un'inversione (2N = 1) estrapolata dalla porzione elastica della curva di fatica. Un materiale con un valore di coefficiente di resistenza più elevato resiste meglio ai danni da fatica nel regime elastico.
• Esponente di resistenza (Strength Exponent) - L'esponente di resistenza definisce la pendenza della porzione elastica della curva strain-life su una scala log-log. Un valore di resistenza più negativo rappresenta una pendenza più ripida, che indica una riduzione più rapida della vita a fatica in condizioni di sollecitazione.
• Coefficiente di duttilità (Ductility Coefficient) - Il coefficiente di duttilità rappresenta l'intercetta di duttilità della fatica, corrispondente all'ampiezza della deformazione plastica a un'inversione. Viene utilizzato nelle analisi a fatica di tipo strain-life e rappresenta il contributo della deformazione plastica alla vita a fatica. Un valore di coefficiente di duttilità più elevato indica che un materiale può tollerare una maggiore deformazione plastica prima della rottura.
• Esponente di duttilità (Ductility Exponent) - L'esponente di duttilità definisce la pendenza della porzione plastica della curva strain-life. Viene utilizzato soltanto per la fatica strain-life e controlla la velocità di riduzione della vita a fatica all'aumentare della deformazione plastica. Il valore dell'esponente di duttilità è in genere negativo. Un valore di esponente di duttilità più negativo implica che il materiale perde rapidamente vita a fatica in condizioni di deformazione plastica.
• Coefficiente di resistenza ciclica (Cyclic Strength Coefficient) - Il coefficiente di resistenza ciclica definisce la sollecitazione necessaria a produrre una deformazione plastica unitaria in condizioni di carico ciclico stabilizzato. Viene utilizzato per il comportamento di sollecitazione-deformazione ciclica ed è necessario per convertire le sollecitazioni elastiche in deformazioni plastiche cicliche. È importante per la fatica strain-life e per le correzioni di sollecitazione media. Un valore di coefficiente di resistenza ciclica più elevato implica una maggiore resistenza alla deformazione plastica ciclica.
• Esponente di incrudimento ciclico (Cyclic Strain Hardening Exponent) - L'esponente di incrudimento ciclico definisce la non linearità della curva di sollecitazione-deformazione ciclica. Se utilizzato con il coefficiente di resistenza ciclico, regola l'aumento della sollecitazione con la deformazione plastica in condizioni di carico ciclico. Influenza l'ampiezza della deformazione e viene utilizzato nei calcoli della vita a fatica. Un valore di esponente di incrudimento ciclico più elevato implica un incrudimento ciclico più marcato, mentre un valore più basso indica che il materiale si ammorbidisce più facilmente in condizioni di carico ciclico.
Esecuzione di un'analisi a fatica
Passo 1: eseguire un'analisi strutturale
1. Create uno studio strutturale e applicate carichi, vincoli e materiali.
2. Eseguite lo studio di simulazione e verificate che siano disponibili i risultati di sollecitazione o deformazione.
Passo 2: definire un comportamento a fatica
1. Fate clic sulla freccia accanto a
Definisci risultati (Define Results) e quindi selezionate
Comportamento a fatica (Fatigue Behavior).
2. Nella finestra di dialogo Comportamento a fatica (Fatigue Behavior) selezionate uno dei seguenti tipi di analisi:
◦ Metodo stress-life (Stress life) - Il metodo stress-life viene in genere utilizzato per la fatica ad alto numero di cicli e calcola la fatica utilizzando i risultati di sollecitazione e le curve stress-life.
◦ Metodo strain-life (Strain life) - Il metodo strain-life viene generalmente utilizzato per la fatica a basso numero di cicli e utilizza equazioni basate sulla deformazione. Per questo metodo, è necessario definire il limite di durata di vita infinita e altri parametri strain-life.
3. Selezionate il componente di sollecitazione o deformazione da utilizzare per i calcoli di fatica dall'elenco Componente (Component).
4. Selezionate uno dei seguenti tipi di opzioni di carico:
◦ Completamente invertito (Fully reversed) - Si tratta di un carico di ampiezza costante con un valore medio pari a zero. Le sollecitazioni (o deformazioni) massime si alternano in modo simmetrico tra tensione e compressione di uguale intensità.
◦ Zero - In questo tipo di carico di ampiezza costante, le sollecitazioni variano tra zero e un valore positivo. Ha un valore di sollecitazione media diverso da zero.
◦ Rapporto (Ratio) - In questo tipo di carico di ampiezza costante, le sollecitazioni variano tra due valori definiti dal rapporto di carico.
In caso di carico di tipo Zero o Rapporto (Ratio), specificate le seguenti impostazioni:
Per il tipo di comportamento strain-life, effettuate una scelta tra Nessuna (None), Morrow o SWT.
◦ Rapporto di carico (Loading ratio) - Specificate il rapporto di carico. Un rapporto di carico pari a 3 significa che le sollecitazioni o le deformazioni variano tra l'ampiezza effettiva e 3 volte l'ampiezza con una media del doppio dell'ampiezza.
5. Specificate il fattore di scala, ovvero un fattore di moltiplicazione dei valori medi e alternati.
6. Specificate il valore delle seguenti impostazioni aggiuntive:
◦ Durata di vita infinita (Infinite life) - Si tratta della durata di vita massima del tipo di analisi strain-life.
◦ Durata di vita progetto (Design life) - Specifica la durata di vita per cui viene progettato il modello.
◦ Unità di vita (Life units) - Consente di selezionare le unità di vita. Può avere valori di blocchi, giorni, minuti, secondi e così via.
7. Fate clic su OK per creare il comportamento a fatica.
Passo 3: definire i risultati di fatica
2. Nell'elenco Tipo di risultati (Results type) selezionate Altro (Others) per aprire la finestra di dialogo Altri tipi di risultati (Other Result Types). Espandete il gruppo Fatica (Fatigue) e selezionate il risultato di fatica richiesto.
3. Selezionate corpi solidi o componenti come riferimenti.
4. Selezionate un comportamento a fatica esistente o createne uno nuovo.
5. Se lo studio è transitorio, selezionate il passo di simulazione.
6. Fate clic su OK per calcolare e visualizzare il risultato di fatica.
Passo 4: esaminare e aggiornare i risultati
I risultati di fatica vengono visualizzati come grafici a curve di livello. Se viene modificato un comportamento a fatica, tutti i risultati associati vengono contrassegnati come obsoleti nell'albero del modello e devono essere rivalutati in caso di aggiornamento.
Risultati di fatica supportati
I risultati di fatica sono disponibili soltanto come grafici a curve di livello definiti dall'utente. Grafici vettoriali e tastatori non sono supportati per i risultati di fatica.
Per un comportamento a fatica è possibile definire i seguenti risultati di fatica:
• Indicazione di biassialità
• Sollecitazione alternata equivalente. Utilizzate comportamenti a fatica stress-life per i risultati di sollecitazione alternata equivalente.
• Danno da fatica
• Vita a fatica
• Fattore di sicurezza
Per informazioni dettagliate sull'interpretazione di questi risultati, vedere l'argomento
Interpretazione dei risultati negli studi di fatica.