 |
تحلیل خستگی یک رینگ چرخ
معرفی
در طول توسعه اجزای حیاتی ایمنی مانند رینگ چرخ خودرو، اطمینان از ایجاد نشدن ترک های خستگی یکی از مهم ترین وظایف است. هنگامی که یک نمونه اولیه در دسترس است، این امر با آزمایش تضمین می‌شود، اما تولید و آزمایش نمونه اولیه فعالیت‌هایی زمان‌بر و پرهزینه هستند. پیش‌بینی‌های خوب از شبیه‌سازی‌ها می‌تواند تعداد نمونه‌های اولیه را به حداقل برساند.
در این مثال، شما یک ارزیابی خستگی را بر روی مدلی از رینگ چرخ انجام می‌دهید که در معرض تاریخچه بار از یک آزمایش شبیه‌سازی شده است.
تعریف مدل
برای تعریف هندسه، بارها و شرایط مرزی، به مستندات مربوط به مدل فرعی در یک رینگ چرخ در کتابخانه کاربردی ماژول مکانیک سازه مراجعه کنید.
حد خستگی (بر حسب دامنه تنش) برای دو مورد با بار محوری خالص شناخته شده است. برای کشش خالص 95 مگاپاسکال و برای بارگذاری کاملا معکوس 125 مگاپاسکال است. در این مدل، شما از معیار فایندلی استفاده می کنید، بنابراین پارامترهای فایندلی باید از این داده ها استخراج شوند.
در کشش خالص، معیار فایندلی را می توان به صورت نوشتاری نوشت
این بدان معناست که شما باید معادلات همزمان را حل کنید
برای بدست آوردن پارامترهای فایندلی f و k . نتیجه f = 84 MPa و k = 0.30 است .
نتایج و بحث
توزیع ضریب مصرف خستگی در شکل 1 نشان داده شده است . حداکثر مقدار حدود 0.666 است که با در نظر گرفتن اینکه ضریب ایمنی مورد نیاز در بار لحاظ شده است، باید نشان دهد که طراحی خوب است. در شکل 2 ، تاریخچه های تنش در نقطه بحرانی نمایش داده شده است. بارگذاری کمی نامتناسب است و دارای تنش متوسط فشاری است که با معیار فایندلی گرفته می شود.
شکل 1: ضریب استفاده از خستگی با استفاده از معیار فایندلی.
شکل 2: تاریخچه استرس در نقطه بحرانی.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
در این مثال، شما تجزیه و تحلیل خستگی را به عنوان یک مرحله مطالعه اضافی در مدلی انجام می‌دهید که از قبل حاوی نتایج یک تحلیل استرس است. از آنجایی که نقاط بحرانی برای شروع ترک خستگی در سطح آزاد بدن است، کافی است ارزیابی خستگی در مرز انجام شود و نه در دامنه. این امر نیاز به CPU و حافظه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_خستگی/بر اساس_استرس/خستگی_ریم
دستورالعمل های مدل سازی
ریشه
در این مثال شما از یک مدل موجود که نمونه ای در ماژول مکانیک سازه است شروع می کنید.
کتابخانه های کاربردی
1 | از منوی File ، Application Libraries را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Application Libraries ، Structural Mechanics Module>Tutorials>rim_submodel را در درخت انتخاب کنید. |
3 |  روی Open کلیک کنید . |
نتایج
استرس در مدل فرعی
اگر مدل بدون راه حل ذخیره شده بود، اکنون باید قبل از ادامه، Study 1 و Study 2 را اجرا کنید .
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Structural Mechanics>Fatigue (ftg) را انتخاب کنید . |
4 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای مطالعه 1 و مطالعه 2 پاک کنید . |
5 | روی Add to Component 2 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
خستگی (FTG)
مبتنی بر استرس 1
1 | روی Component 2 (comp2)>Fatigue (ftg) کلیک راست کرده و ارزیابی مرزی مبتنی بر استرس را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2-5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای مبتنی بر استرس ، بخش Solution Field را پیدا کنید . |
4 | از فهرست واسط Physics ، Solid Mechanics 2 (solid2) را انتخاب کنید . |
مواد
مواد 3 (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 2 (comp2)>Materials را گسترش دهید . |
2 | روی Component 2 (comp2)>Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
4 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
5 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
6 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضریب حساسیت به استرس نرمال | k_Findley | 0.30 | 1 | فایندلی |
فاکتور حد | f_Findley | 84[MPa] | پا | فایندلی |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای Solid Mechanics (جامدات) و Solid Mechanics 2 (solid2) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات از پیش تعیین شده برای رابط های فیزیک انتخاب شده > خستگی را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 3
مرحله 1: خستگی
1 | در پنجره تنظیمات برای خستگی ، قسمت Values of Dependent Variables را پیدا کنید . |
2 | مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
3 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مطالعه ، مطالعه 2، ثابت را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
ضریب مصرف خستگی (ftg)
1 | در نوار ابزار Fatigue Usage Factor (ftg) ، روی  Plot کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، روی Fatigue Usage Factor (ftg) کلیک کنید . |
3 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
4 | از لیست View ، View 4 را انتخاب کنید . |
برای به دست آوردن مکان نقطه با حداکثر استفاده از خستگی، روی حداکثر نشانگر زوم کرده و در پنجره گرافیکی روی آن کلیک کنید. سپس مقدار و مختصات را در پنجره Table خواهید دید. مکان تقریباً (0.016، 0.092، 0.088) خواهد بود. از این مختصات برای ایجاد یک مجموعه داده سه بعدی Cut Point برای ارزیابی دقیق تاریخچه تنش در نقطه بحرانی استفاده کنید.
Cut Point 3D 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، بر روی  Cut Point 3D کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Point 3D ، قسمت Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (3) (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Point Data را پیدا کنید . در قسمت متن X ، 0.0164 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Y ، 0.0924 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن Z ، 0.0884 را تایپ کنید . |
7 | از لیست Snapping ، Snap به نزدیکترین مرز را انتخاب کنید . |
گروه طرح 1 بعدی 5
در نوار ابزار نتایج ، روی 
1D Plot Group کلیک کنید .
1D Plot Group کلیک کنید .نمودار نقطه 1
1 | روی 1D Plot Group 5 کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Cut Point 3D 1 را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 2 (comp2)>Solid Mechanics 2>Stress>Stress Tensor ( قاب فضایی) – N/m²>solid2.sxx – تانسور تنش ، xx-component را انتخاب کنید . |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
6 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، چرخه را انتخاب کنید . |
7 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از فهرست داده های منبع محور ، همه راه حل ها را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Width ، 3 را انتخاب کنید . |
9 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
10 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
11 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
sx |
نمودار نقطه 2
1 | روی Point Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text solid2.sy را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
و |
نمودار نقطه 3
1 | روی Point Graph 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، solid2.sz را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
sz |
نمودار نقطه 4
1 | روی Point Graph 3 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text solid2.sxy را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ترسناک |
نمودار نقطه 5
1 | روی Point Graph 4 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، solid2.syz را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
شما هستید |
نمودار نقطه 6
1 | روی Point Graph 5 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، solid2.sxz را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
sxz |
تاریخچه استرس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی 1D Plot Group 5 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Stress History را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، Stress history را در نقطه بحرانی تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار تاریخچه استرس ، روی  Plot کلیک کنید . |
