白车身FEMFAT疲劳分析流程
疲劳分析流程fatigue样本
摘要：疲劳破坏是构造重要失效形式，疲劳失效研究在构造安全分析中扮演着举足轻重角色。
因而构造疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究重要内容之一。
机车车辆构造疲劳设计必要服从一定疲劳机理,并在系统构造可靠性安全设计中考虑复合疲劳设计技术应用。
国内机车车辆重要构造部件疲劳寿命评估和分析采用复合疲劳设计技术，国外从疲劳寿命理论计算和疲劳实验两个方面在疲劳研究和应用领域有诸多新发展理论办法和技术手段。
无论国内国外，一批人几十年如一日致力于疲劳研究，对疲劳问题研究贡献颇多。
核心词：疲劳 UIC原则疲劳载荷 IIW原则 S-N曲线机车车辆一、国内外轨道车辆疲劳研究现状6月30日15时，备受关注京沪高铁正式开通运营。
作为新中华人民共和国成立以来一次建设里程最长、投资最大、原则最高高速铁路，京沪高铁贯通“三市四省”，串起京沪“经济走廊”。
京沪高铁开通，不但乘客可以享有到便捷与实惠，沿线都市也需面对高铁带来机遇和挑战。
在享有这些待遇同步，专家指出，各省市要想从中分得一杯羹，配套设施建设以及机车车辆安全性绝对不容忽视。
依照机车车辆当代设计办法，对构造在规定做到尽量轻量化同步，也规定具备高度可靠性和足够安全性。
这两者之间经常浮现矛盾，因而，如何精确研究其核心构造部件在运营中使用寿命以及如何进行构造抗疲劳设计是构造强度寿命预测领域研究中前沿课题。
在随机动载作用下构造疲劳设计更是成为当前机车车辆构造疲劳设计研究重点，而如何预测核心构造和部件疲劳寿命又是将来机车车辆构造疲劳设计重要发展方向之一。
机车车辆承受外部载荷大某些是随时间而变化循环随机载荷。
在这种随机动载荷作用下，机车车辆许多构件都产生动态应力，引起疲劳损伤，而损伤累积后构造破坏形式经常是疲劳裂纹萌生和最后构造断裂破坏。
随着国内铁路运营速度不断提高，某些核心构造部件，如转向架构架、牵引拉杆等都浮现了某些断裂事故。
因而，机车车辆构造疲劳设计已经逐渐成为机车车辆新产品开发前期必要过程之一，而通过有效计算办法预测构造疲劳寿命是构造设计重要目的。
FEMFAT疲劳分析教程
加工工艺的影响 微观结构参数： 1. 铸造第二树状结晶晶枝间距 2. 铸造凝固时间 3. 铸造冷却率
如果给当前组的节点赋予了铸造凝固时间和冷却率， 但是在对应的材料属性中没有(220)的材料数值，则将 使用如下的默认值： 1. 时间系数 K = 7.1 2. 时间指数 n = 0.38 3. 冷却率系数 C = 39.4 4. 冷却率指数 phi = 0.317
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Groups组的定义
在FEMFAT中只对当前组进行分析计算
Groups组的定义 可以由单元或者节点形成组，来定义需要进行分析 的结构区域。当然也可以从其它有限元软件中事先 定义好组然后导入到FEMFAT中。
将创建一个名为“Detailed Results”的组，对应于设 置。此组节点的以下附加的详细信息将输出到fps文件中： S/N曲线 Haigh diagram 应力历程 (用于MAX 分析) 损伤时间特性(用于MAX分析)
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FE Entitles有限元模型数据
有限元模型数据 选择文件格式（File Format）之后，在输入框内 （File Name）指定有限元模型文件的路径和名称。
启动后处理Visualizer
启动焊点定义 启动焊缝定义
调入模型的信息包括节点、单元、物理属 性、组、焊点、焊缝的数量
1. 输入的有限元模型的最大尺寸在“Modify Dimension”框 中以总体坐标系显示，用户可以检查长度单位是否是[mm]。
一个恒定的温度。将零部件细分到不同温度组中， 可以定义简单的温度分布，温度单位为[°C]。 2. 对于复杂的温度分布，比如温度分布来源于有限元 分析，可以以不同的文件格式导入节点温度。注意 所导入的温度值只被赋给当前组中的节点。
基于FEMFAT的白车身疲劳分析
基于FEMFAT的白车身疲劳分析白车身是指整车的车身结构，一般由车身骨架和车身面板组成，是整个汽车结构的基础和支撑。
疲劳是指材料或构件在循环加载下发生的损伤过程，是工程应力分析的重要内容之一、车身在使用过程中，常常面临着多种不同方向和不同幅值的载荷作用，这会导致车身结构存在疲劳问题。
因此，对于白车身结构进行疲劳分析是非常重要的，可以保证车身在使用寿命内不会出现疲劳失效，从而确保车身的可靠性和使用寿命。
FEMFAT是一种用于高级疲劳分析的软件工具，它基于有限元方法，能够对复杂结构进行应力分析和疲劳分析。
在白车身疲劳分析中，FEMFAT可以帮助工程师确定车身结构的疲劳寿命，并评估不同工况下的疲劳稳定性。
首先，进行白车身疲劳分析的第一步是建立有限元模型。
通过对车身结构进行划分和网格划分，将车身结构离散成多个小单元，在各个节点上定义材料特性和边界条件。
然后，使用FEMFAT进行载荷和应力计算，得到车身结构在不同工况下的应力分布情况。
接下来，根据车身结构的应力分布情况，利用疲劳材料参数，使用FEMFAT进行疲劳寿命预测。
FEMFAT提供了多种常见的疲劳寿命估算方法，如S-N曲线法、局部应力方法和振动疲劳方法等。
工程师可以根据实际情况选择合适的方法进行疲劳寿命估算。
此外，FEMFAT还可以进行疲劳稳定性评估。
疲劳稳定性是指结构在疲劳循环载荷下的疲劳寿命分布情况，也称为疲劳敏感性。
通过使用FEMFAT的概率疲劳分析功能，可以评估不同工况下的疲劳稳定性，找出疲劳敏感性较高的位置和部件，从而指导结构的优化设计。
最后，通过FEMFAT进行白车身疲劳分析后，工程师可以得到车身结构的应力分布情况、疲劳寿命预测和疲劳稳定性评估等结果。
这些结果可以为结构设计和优化提供重要参考，提高车身结构的可靠性和使用寿命。
总之，基于FEMFAT的白车身疲劳分析是一种重要的工程应用。
通过使用FEMFAT，工程师可以对车身结构进行应力分析和疲劳分析，预测车身的疲劳寿命，并评估疲劳稳定性。
白车身模态分析流程、建模指导书及标准
Deviation form basic shaped elements, i.e. taper
Curvature and singularity tests for quadratic elements Color-coding based on node or element ID numbers
Gap
NonCongruen
t Surface boundarie
s
➢ Reduce cost ➢ Increase productivity ➢ Build quality finite element models with minimal user
interaction
Company Confidential
Simplify Merge Faces Merge 16 pseudo faces into 1 face
Company Confidential
User Scenario 1
➢Additional manual mesh simplification
1 face
Company Confidential
Company Confidential
CAE模型的建立
➢根据计算机的能力和要求的精度确定合 适的网格大小，划分网格。如果机器的 能力和时间允许，可以将单元尺寸划分 的小一些（但不能太小），如可以按照 碰撞的计算要求进行划分，这样同一个 模型既能够计算模态分析，有可以模拟 碰撞.
Company Confidential
修改设计
Company Confidential
几何模型修正
➢ 在建立几何模型的过程中,有可能发生 几何特征缺失或者产生一些不必要的小 碎面，这些几何错误都需要进行清理， 否则会影响有限元模型的质量、计算的 精度和速度，具体的方法是进行缝合、 修补或合并。可以将N个面合并成一个 面（此种方法只限对模型质量要求不高 的情况），但关键的特征线应该保留， 如拐角、和孔等。
FEMFAT疲劳分析教程
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FE Entitles有限元模型数据
有限元模型数据 选择文件格式（File Format）之后，在输入框内 （File Name）指定有限元模型文件的路径和名称。
启动后处理Visualizer
启动焊点定义 启动焊缝定义
调入模型的信息包括节点、单元、物理属 性、组、焊点、焊缝的数量
1. 输入的有限元模型的最大尺寸在“Modify Dimension”框 中以总体坐标系显示，用户可以检查长度单位是否是[mm]。
FEMFAT 参数设置
Engineering Center Steyr
© ECS / Disclosure or duplication without consent is prohibited
FEMFAT BASIC
2013
Author: ECS China Team
© ECS / Disclosure or duplication without consent is prohibited
Smoothed
: 对应于表面粗糙度 =60µm
Roughed
: 对应于表面粗糙度 =140µm
As Cast
: 对应于表面粗糙度 =200µm
User defined Default: 对应于表面粗糙度 =1µm
节点属性 可对节点组赋予各种参数
对当前节点组赋予材料 定义表面粗糙度
定义表面粗糙度
组内节点可以用两种方式来指定表面粗糙度：
1. 直接输入表面粗糙度值Rt或者Rz，单位[µm]。
2. 从表面粗糙度框内选择预设值:
Polished
: 对应于表面粗糙度 =2µm
Grinded
: 对应于表面粗糙度 =10µm
汽车零部件疲劳寿命检验流程与标准
汽车零部件疲劳寿命检验流程与标准汽车零部件疲劳寿命检验是一项非常重要的工作，它可以确保汽车零部件在长期使用中的可靠性和安全性。
下面将介绍一下汽车零部件疲劳寿命检验的流程与标准。
汽车零部件疲劳寿命检验的流程可以分为以下几个步骤：1. 制定测试计划：根据零部件的使用条件和设计要求，制定测试计划。
测试计划应包括测试的时间、加载方式、测试样品的数量和要求等内容。
2. 制作测试样品：根据测试计划，制作符合要求的测试样品。
测试样品的制作应按照产品设计图纸和工艺要求进行，确保样品的尺寸和材质等与实际使用的零部件一致。
3. 进行疲劳加载测试：将测试样品放置在疲劳加载设备中，按照设定的加载方式进行加载测试。
疲劳加载设备可以模拟实际使用过程中的加载条件，例如道路震动、振动等。
加载测试的过程中需要监测并记录样品的应力、变形、振动等数据。
4. 监测和评估：在加载测试过程中，需要实时监测和记录样品的应力变化，以及其他相关数据。
通过对这些数据进行分析，可以评估样品在疲劳加载下的疲劳寿命。
5. 制定测试结论：根据实际测试结果，制定测试结论。
如果样品在设定的测试次数内没有发生断裂或破坏，可以认为样品的疲劳强度满足要求，具有较长的疲劳寿命。
如果样品在测试过程中出现断裂或破坏，需要对样品进行分析，找出断裂或破坏的原因，并提出改进措施。
除了以上的测试流程，还需要参考相关的标准来进行汽车零部件疲劳寿命检验。
目前国内外常用的标准包括国际ISO、国内GB、行业标准等。
这些标准规定了疲劳测试的方法、加载条件、测试样品的要求、评估指标等内容。
根据不同的零部件类型和使用条件，可以选择适合的标准进行测试。
总而言之，汽车零部件疲劳寿命检验是一项极其重要的工作，它可以确保汽车零部件在长期使用中的可靠性和安全性。
通过制定测试计划、制作测试样品、进行疲劳加载测试、监测和评估以及制定测试结论等步骤，可以有效地进行疲劳寿命检验。
同时，参考相关的标准也是必不可少的，这些标准规定了疲劳测试的方法、加载条件、测试样品的要求等内容。
FEMFAT疲劳分析教程
FEMFAT疲劳分析教程
FEMFAT（有限元疲劳分析工具）是一种用于预测部件疲劳寿命和性能的软件工具。
它基于有限元方法，可以对结构进行疲劳分析、寿命预测和结构优化。
本教程将介绍FEMFAT软件的基本使用方法和疲劳分析的基本原理。
第一部分：FEMFAT软件介绍
1.FEMFAT软件的基本功能和应用领域；
2.FEMFAT软件的主要特点和优势；
3.FEMFAT软件的安装和设置。
第二部分：建立有限元模型
1.导入CAD模型到FEMFAT软件；
2.确定模型的边界条件和加载条件；
3.定义材料性能参数。
第三部分：疲劳加载和分析
1.定义疲劳分析的加载条件；
2.进行疲劳分析，包括应力分析和应变分析；
3.疲劳寿命预测方法和理论。
第四部分：结果分析和优化设计
1.分析疲劳分析结果，包括寿命预测和疲劳热图；
2.根据结果进行优化设计，改进结构的疲劳性能；
3.结果验证和优化方案的效果评估。
第五部分：案例分析
1.疲劳分析实例，如汽车发动机支架的疲劳分析；
2.案例的建模、加载条件和分析过程；
3.案例结果分析和优化设计。
第六部分：注意事项和常见问题
1.使用FEMFAT软件时的注意事项和使用技巧；
2.常见问题解答。
总结：FEMFAT软件是一种强大的疲劳分析工具，可以用于预测结构部件的疲劳寿命和性能。
通过本教程，您将学会使用FEMFAT软件进行疲劳分析，并能够根据分析结果进行结构的优化设计，提高结构的疲劳寿命和性能。
希望本教程能够帮助您更好地理解和使用FEMFAT软件。
白车身模态分析流程、建模指导书及标准
Hex mesh
Tet mesh example:
Free edge display
Free edge display* after
before equivalencing equivalencing
Solid line indicates only one tet
网格划分Advanced Surface Mesher
➢ Benefits
➢ Drastically reduce analysis modeling time
➢ the same part can now be meshed in less than a minute ➢ originally, it would take at least 30 minutes
Company Confidential
User Scenario 1
➢Pseudo surface cleanup
➢Create congruent meshes (based on user defined tolerance)
➢ Select initial tri-mesh ➢ Set tolerance to .1
DISTORTION CHECK OF HEX ELEMENTS
Object: The Test Option
gives an
overview for the current group
Company Confidential
TYPICAL VERIFY FORM
Aspect
Company Confidential
Company Confidential
焊点的连接方式
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
FEMFAT疲劳计算
• ECS应用FEMFAT MAX来计算BIW的多轴向疲劳损伤值，损伤值的倒 数就是寿命值。我们可以增加行驶路程，比如道路谱采集只有5公里， 而我们的实际耐久要求是20万公里，那么在软件中乘以一个 20万/5 = 4 万的系数就可以了。所得到的结果可以证明此BIW是否能经受的住20万 公里的坏路行驶。 • 在疲劳损伤值计算前，需要输入FE模型的节点和单元、材料信息S-N 曲线、各通道的载荷谱和相应的单位应力值、影响参数等信息。 • FEMFAT Visulizer的是一个后处理模块，可以直接察看计算结果。
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损 伤值计算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
Daihatsu某型轿车 • 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤
值计算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
Daihatsu某型轿车
FEMFAT 在工程项目中的应用
白车身有限元及疲劳分析
Engineering Center Steyr GmbH & Co KG (ECS)
斯太尔工程技术中心
白车身有限元及疲劳分析
目标:
1. BIW疲劳分析流程
2. 运用FEMFAT进行BIW疲劳分析的项目举例
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤 值计算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
BMW某型轿车
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤 值计算。因为项目成功完成并且此车型的销量非常的好，为了纪念这 次合作，BMW公司将第一辆生产的车型一分为二，一半留在了ECS， 另外的一半存放在BMW在慕尼黑的博物馆里。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
模态分析
• 模态响应计算是为了研究BIW在特定的频率下全局和某些关键部件是否产 生共振现象。 • ECS运用Nastran的S103计算模态相应。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
接口点单位载荷
• ECS运用Nastran的Inertia Relief进行S101计算各接口点的6个自由度的 单位载荷，以得到BIW的单位应力。单位载荷是指比如Fx = 1 N, Mx = 1 Nmm等。如果有24个受力点，则需计算24 x 6个自由度 = 144次单位载荷 计算，与之相对应的是来自MBS的144个载荷谱通道。
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白车身有限元及疲劳分析
内容:
1. BIW疲劳分析流程
2. 运用FEMFAT进行BIW疲劳分析的项目举例
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
路谱采集 路谱数据处理 虚拟迭代 接口点载荷谱
பைடு நூலகம்
MBS 模型
FEMFAT 疲劳计算
台架试验
模态分析 接口点单位载荷
FE 模型
作者: 张文轩
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
路谱数据处理
• 在采集到路谱数据后需要对路谱数据进行处理。 • 应用ECS开发的FEMFAT LAB 可完成对数据在时间域和频率域进行数据 的分割、重组、过滤、裁减、分类和格式转化等任务。它下设：LAB Standard、Virtual Iteration、Time、Frequency、Class、Fatigue 和 Tools子模块，是功能强大的数据处理软件包。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
台架试验
• 如果条件允许的话可以运用采集的路谱进行台架试验。并与计算结果进行 对比。ECS积累了长达30年的汽车研发经验，实践告诉我们采用此疲劳分析 流程，并结合FEMFAT软件进行疲劳计算，其可靠性完全与试验相吻合。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
MBS 模型
• 应用MBS “Multi Body Simulation“和虚拟迭代的方法可以将测量的路谱 信息准确的反馈到BIW上，得到准确的BIW上接口点的载荷谱。 • ECS运用ADAMS建立MBS模型，并运用多年的经验调整各关键部件的参 数，使计算更加精确。
项目介绍
奥迪某型轿车
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤值计 算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
Nissan某型轿车
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤值计 算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
18
项目介绍
Mitsubishi某型轿车
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白车身有限元及疲劳分析
内容:
1. BIW疲劳分析流程
2. 运用FEMFAT进行BIW疲劳分析的项目举例
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
日本某客户SUV
• 此项目采用路谱方法对白车身和底盘大梁架的基础材料、焊缝和焊点进行 疲劳损伤值计算。
Evaluation at the Proving Ground
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
FE 模型
• 在收集了所需的数据后就可以在3D模型的基础上建立FE有限元模型了。 ECS应用ANSA和IDEAS建立FE模型，定义边界条件和施加载荷。 • ECS运用Nastran的Inertia Relief进行S101计算各接口点的6个自由度的 单位载荷。单位应力是指比如：力Fx = 1 N，扭矩Mx = 1 Nmm等。如果有 24个接口点，就计算24x 6个自由度 = 144个工况，与之对应的是来自MBS 的144个通道载荷谱。 • ECS运用Nastran的S103计算模态响应，并为MBS模型做准备。 • ECS有一套完整的针对焊点和焊缝的模型建立体系，以便于后续的疲劳分 析计算使用。
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
路谱采集
• 路谱的采集是分析的第一步，它的目的是采集路况信息。通常情况下路谱 都是在特定的多个路况条件下采集的。 • 因测量的目的不同所要采用的传感器类型也不同，常用的有位移传感器、 应变片、加速度传感器和六分力仪等。ECS通过多年的实践开发出了采用加 速度传感器的方法，可测量XYZ三个方向的加速度，结合虚拟迭代的方法可 以达到采集方便，数据准确和价格便宜等优点。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
虚拟迭代（VI） - Virtuelle Iteration
• ECS开发出的FEMFAT LAB VI „ Virtuelle Iteration“ 是经过多年的摸索，借鉴台架试验中的”物理迭代“编写 的软件方法。经过近10年的实践目前处于业界的最前沿 水平，目前已有多家汽车公司对这套软件进行了采购。 • VI的作用是通过内部所测量的值（加速度、位移、力 等）来确定外部的激励源（轮心的位移等）。 • VI的应用步骤和试验台架的物理迭代步骤是一致的。 • 此方法可应用于所有模拟软件(ADAMS, SIMPACK, RECURDYN,...) • 此方法自动兼容ADAMS和SIMPACK
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
接口点载荷谱
• 应用MBS “Multi Body Simulation“和虚拟迭代的方法可以将测量的路谱 信息准确的反馈到BIW上，得到准确的BIW上接口点的载荷谱。每个接口点 有6个自由度，即每个接口点得到的3个方向力和3个方向扭矩载荷谱，如果 白车身有24个接口点就是144个载荷谱通道。 • ECS应用载荷谱通道作为FEMFAT MAX的载荷输入数据，以计算BIW多 轴向受力情况下的疲劳损伤值和寿命。
Simulation at the Test Bench
Improvement Improvement Proposals Proposals
Measurementdata
Finite Elemente (FEM)
Multi Body System (MBS)
作者: 张文轩 日期: 2006年9月4日 16