Módulo de Fadiga

Software Para Análise de Fadiga de Alto Ciclo e Baixo Ciclo, Com Base em Tensões e em Deformações

Módulo de Fadiga

Fadiga de baixo ciclo decorrente da deformação plástica perto de um orifício ilustrando o logaritmo do tempo de vida em termos de número de ciclos junto com uma curva tensão-deformação para os primeiros ciclos de carregamento.

Análise de Fadiga Para Várias Estruturas e Aplicações Diferentes

Quando as estruturas são submetidas a carregamentos e descarregamentos repetitivos, devido à fadiga do material, elas podem falhar a cargas abaixo do limite estático. Uma análise virtual de fadiga pode ser realizada no ambiente do COMSOL Multiphysics com o Fatigue Module, um complemento para o Structural Mechanics Module. Com os métodos de plano cítrico baseados em tensões e deformações, você pode avaliar o regime de fadiga de alto ciclo ou baixo ciclo. Em aplicações que envolvem materiais não-lineares, é possível utilizar métodos baseados em energia ou modelos Coffin-Manson para simular fadiga térmica. Ao lidar com cargas variáveis, os danos acumulados podem ser calculados a partir do histórico de carregamento e do limite de fadiga. O ciclo de carregamento de fadiga pode ser simulado em corpos sólidos, placas, conchas, multicorpos, aplicações que envolvem tensão e deformação térmica e, até mesmo, em dispositivos piezelétricos. Para melhorar a eficiência computacional de fadiga com início em superfície ou sub-superfície, o cálculo de fadiga pode ser realizado em domínios, contornos, linhas ou pontos.

Modelos de Plano Crítico Baseado em Tensões e em Deformações

Modelos de plano crítico buscam por um plano que seja mais favorável à iniciação e à propagação de rachaduras onde ocorrerá a fadiga. Eles estão disponíveis no Fatigue Module tanto para modelos baseados em tensões quanto deformações. Para fadiga de alto ciclo, quando a plasticidade é bem limitada, normalmente utiliza-se modelos baseados em tensões. No Fatigue Module, eles são calculados pelos critérios de Findley, de Tensão Normal e de Matake, que calculam o fator de uso da fadiga, que é comparado ao limite de fadiga.

Os modelos baseados em deformações avaliam deformações ou combinações de deformações e tensões para definir um plano crítico. Depois de identificar o plano crítico, eles preveem o número de ciclos até a falha. O Fatigue Module inclui os modelos de Smith-Watson-Topper (SWT), Fatemi-Socié e Wang-Brown. Esses modelos são geralmente usados em fadiga de baixo ciclo nos quais as deformações são grandes. A regra de Neuber e o método de Hoffmann-Seeger estão à disposição para aproximar o efeito da plasticidade em uma rápida simulação linear elástica. Também é possível considerar um ciclo de carregamento elastoplástico completo usando o Nonlinear Structural Materials Module.

Imagens adicionais:

  • Análise de fadiga de alto ciclo para cargas não proporcionais usando métodos de plano crítico. Análise de fadiga de alto ciclo para cargas não proporcionais usando métodos de plano crítico.
  • A distribuição dos ciclos de tensão em um determinado momento conforme computada pelo algoritmo de contagem Rainflow usando uma representação do Histograma da Matriz.  As tensões médias são dadas no eixo horizontal e as amplitudes de tensão são dadas no eixo vertical. A distribuição dos ciclos de tensão em um determinado momento conforme computada pelo algoritmo de contagem Rainflow usando uma representação do Histograma da Matriz. As tensões médias são dadas no eixo horizontal e as amplitudes de tensão são dadas no eixo vertical.
  • Um quadro com um comutador central é submetido a um carregamento aleatório composto por 1.000 eventos. A distribuição das tensões é calculada com o algoritmo de contagem Rainflow e o dano é estimado usando a regra do dano linear de Palmgren-Miner. Um quadro com um comutador central é submetido a um carregamento aleatório composto por 1.000 eventos. A distribuição das tensões é calculada com o algoritmo de contagem Rainflow e o dano é estimado usando a regra do dano linear de Palmgren-Miner.
  • Junta soldada em um resistor montado em superfície. Previsão de vida baseada na energia de fluência dissipada em ciclo de fadiga térmica Junta soldada em um resistor montado em superfície. Previsão de vida baseada na energia de fluência dissipada em ciclo de fadiga térmica

Fadiga Térmica

Expansão ou contração de material devido a variação de temperatura introduz concentração de tensões e acúmulo de deformação que podem levar à falha. O Fatigue Module possui várias ferramentas para resolver este problema através do modelamento de fadiga térmica. O ciclo de carregamento térmico pode ser simulado usando as interfaces Thermal Stress e Joule Heating and Thermal Expansion. Falha por fadiga térmica pode ser calculada por vários modelos de fadiga. Para materiais não-lineares, isto inclui o modelo Coffin-Manson e as relações de Morrow e Darveaux que são baseadas em energia. Além das opções de deformações inelásticas ou energias dissipadas, os modelos de análise de fadiga podem ser modificados pelo usuário para calular expressões customizadas em função da deformação ou energia durante o cálculo de fadiga.

Análise de Dano Acumulado

Cargas aleatórias introduzem uma variedade de tensões com diferentes amplitudes em uma estrutura. No Fatigue Module, a análise do Dano Acumulado não só identifica as tendências gerais no histórico de tensões, mas também calcula o dano acumulado a partir de cada uma delas. O histórico de tensões pode ser avaliado pela tensão principal ou tensão de von Mises, com um sinal determinado pela tensão principal ou hidrostática. O histórico de carregamento é então processado com o algoritmo de contagem Rainflow e o dano é calculado usando a regra do dano linear de Palmgren-Miner. O efeito do valor da razão entre a amplitude de tensão e a tensão média (R) é incorporado através da curva limite S-N.

Quando o número de eventos de carga é grande em uma análise de carregamento aleatório, a simulação do ciclo de carregamento requer tempo. Isso pode ser reduzido em grande parte se os efeitos não lineares não estiverem presentes na simulação. Nesse caso, o ciclo de tensão pode ser prescrito com a ajuda de uma superposição, selecionável em uma análise de Dano Acumulado. O uso dessa técnica não só economiza tempo de computação, mas também diminui consideravelmente o tamanho do modelo que precisa ser armazenado para avaliação da fadiga.

Visualizando Seus Cálculos de Fadiga

O Fatigue Module calcula o número de ciclos até a falha, bem como o fator de uso de fadiga. Em simulações de dano acumulado, a distribuição de tensões de um carregamento aleatório aplicado pode ser ilustrada junto com o fator de uso relativo. Essa simulação exibe contribuições de uma carga de fadiga específica para o fator de uso de fadiga em geral, que, neste caso, é visto como dano. A distribuição das tensões é apresentada em função amplitude de tensão e da tensão média.

Fatigue Analysis of a Wheel Rim

Thermal Fatigue of a Surface Mount Resistor

Submodeling of Thermal Fatigue in a Ball Grid Array

Fatigue Response of a Random Non-Proportional Load

Fatigue Analysis of a Non-Proportionally Loaded Shaft with a Fillet

Cycle Counting in Fatigue Analysis - Benchmark

Notch Approximation to Low-Cycle Fatigue Analysis of Cylinder with a Hole

Elastoplastic Low-Cycle Fatigue Analysis of Cylinder with a Hole

High-Cycle Fatigue Analysis of a Cylindrical Test Specimen

Frame Fatigue Life