تست زندگی تسریع شده
معرفی
تست خستگی مواد غیرخطی با مکانیزم خزش فرآیندی زمان بر است. در آزمایش عمر تسریع شده، با قرار دادن مواد در شرایط آزمایشی شدیدتر از شرایط عملیاتی، زمان آزمایش تا حد زیادی کاهش می یابد. در این مدل یک چرخه بار حرارتی تهاجمی شبیهسازی شده و اثر آن بر عمر خستگی یک اتصال لحیم کاری بررسی میشود.
این مثال نحوه ارزیابی خستگی ناشی از یک کرنش یا کمیت انرژی خاص را نشان میدهد و برای این منظور، یک نمایش شماتیک ساده از یک جزء الکترونیکی استفاده میشود. علاوه بر این، یک چرخه منفرد شبیهسازی میشود، برخلاف چندین چرخه که معمولاً برای به دست آوردن یک چرخه حالت پایدار هنگام کار با مواد غیرخطی مورد نیاز است. این ساده سازی با این واقعیت است که هدف این مدل نشان دادن چگونگی ارزیابی خستگی بر اساس یک متغیر تعریف شده توسط کاربر است. متغیرهای کرنش و انرژی مورد نیاز به صراحت از طریق معادلات دیفرانسیل معمولی تعریف شده و در طول شبیهسازی چرخه بار حرارتی محاسبه میشوند.
تعریف مدل
اجزای میکروالکترونیک از چندین ماده تشکیل شده است. هنگامی که در معرض تغییرات دما قرار می گیرند، تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی باعث ایجاد غلظت تنش ناشی از تغییر شکل ناپیوسته می شود. با گرم کردن و سرمایش مکرر، حالت تنش به جلو و عقب تغییر می کند تا زمانی که قطعه در نهایت به دلیل خستگی از کار بیفتد.
این مثال از یک هندسه شماتیک استفاده می کند که عملکرد ساختاری اجزای اصلی را به جای هندسه دقیق جزء میکروالکترونیکی نشان می دهد. یک مدل متقارن استفاده شده است و نیمی از هندسه آن در شکل 1 نشان داده شده است . اندازه کلی مقاومت و برد مدار چاپی (PCB) 4 × 0.5 میلی متر مربع است . اندازه لحیم کاری 0.5 × 0.25 میلی متر مربع است . فرض بر این است که سازه شرایط کرنش صفحه را تجربه می کند.
مقاومت از آلومینا ساخته شده است، برد مدار چاپی یک ورقه ورقه ای مبتنی بر فایبرگلاس و اتصال لحیم کاری از آلیاژ SnAgCu است که به صورت خطی و غیرخطی به بار اعمال شده پاسخ می دهد. خواص الاستیک و حرارتی مواد در جدول 1 آورده شده است .

شکل 1: هندسه قطعه الکترونیکی. خط چین نشان دهنده تقارن است.
مواد | مدول یانگ (GPA) | نسبت پواسون | ضریب انبساط حرارتی (PPM/ ° C) |
فایبرگلاس | 22 | 0.4 | 21 |
SnAgCu | 50 | 0.4 | 21 |
آلومینا | 300 | 0.22 | 8 |
غیرخطی بودن مواد لحیم کاری خزش است، که یک رفتار ماده است که در آن تغییر شکل در طول زمان، تحت تنش ثابت تغییر میکند. به طور کلی، مواد با سرعت های مختلف در سه مرحله متمایز خزش می کنند: خزش اولیه، خزش ثانویه و خزش سوم. شکل 2 را ببینید .

شکل 2: توسعه کرنش خزشی در تنش ثابت. خزش اولیه با 1، ثانویه با 2 و سوم با 3 نشان داده می شود.
خزش ثانویه خزش حالت پایدار نیز نامیده می شود زیرا نرخ کرنش در تنش ثابت ثابت است. در نمایش مواد لحیم کاری، رژیم خزش اولیه و سوم نادیده گرفته می شود و خزش حالت پایدار با قانون نورتون مضاعف نشان داده می شود.

که در
آن نرخ خزش است، σ e تنش معادل است و A I ، nI ، σn ، A II ، و n II ثابت های مادی ارائه شده در جدول 2 هستند . عبارت اول نشان دهنده مکانیسم خزشی است که در تنش های کم مشاهده می شود در حالی که عبارت دوم رفتار خزش غالب در تنش های بالا را توصیف می کند، به شکل 3 مراجعه کنید .

ثابت مواد | ارزش |
یک I | 8.03·10 -12 1/s |
من _ | 3 |
σ n | 1 مگاپاسکال |
A II | 1.96·10 -23 1/s |
n II | 12 |

شکل 3: مدل خزش برای مواد لحیم SnAgCu لحیم کاری.
دو مدل خستگی ارزیابی میشوند. در مورد اول، طول عمر بر اساس یک مدل از نوع Coffin-Manson است. توسعه کرنش برشی خستگی را بر اساس کنترل می کند

که در آن Δγ II محدوده کرنش برشی خزشی دومین مکانیسم خزشی است که در یک چرخه بار تجربه می شود و N تعداد چرخه های تا خستگی است.
ارزیابی خستگی دوم به اتلاف انرژی بستگی دارد و از یک معیار نوع Morrow پیروی می کند که به صورت بیان شده است.

که در آن Δ W II انرژی خزش تلف شده مکانیسم خزش دوم در طول یک چرخه بار است.
نتایج و بحث
ابتدا کرنشها و انرژیهای خزشی تعریفشده توسط کاربر تأیید میشوند. کرنش خزش محاسبه شده در تجزیه و تحلیل ساختاری، مجموع سهم خزش از مکانیسم های مختلف است و بنابراین




شکل 4: تاریخچه کرنش خزشی. کرنش خزشی معادل نشان داده شده است.
از شکل مشخص است که کرنش خزشی محاسبه شده با استفاده از ماژول غیرخطی مصالح سازه ای برابر است با مجموع کرنش های خزشی محاسبه شده با روش تعریف شده توسط کاربر.
اتلاف انرژی خزش را می توان با استفاده از تجزیه افزودنی محاسبه کرد

که در آن δ نشان دهنده افزایش و Wc نشان دهنده چگالی اتلاف انرژی است . نتایج مقایسه انرژی در شکل 5 یک توافق کامل بین مقادیر محاسبه شده توسط مواد داخلی و مواد تعریف شده توسط کاربر را نشان می دهد.

شکل 5: تاریخچه اتلاف انرژی.
عمر خستگی پیش بینی شده توسط مدل نوع Coffin-Manson و مدل نوع Morrow به ترتیب در شکل 6 و شکل 7 نشان داده شده است . عمر پیشبینیشده تقریباً یک ضریب دو تفاوت دارد، که در استفاده از مدلهای خستگی از انواع مختلف، با مقداری عدم قطعیت در پارامترهای مدل، غیرمعمول نیست. هر دو مدل نشان می دهند که گوشه سمت چپ بالا نقطه بحرانی مونتاژ است.

شکل 6: عمر خستگی بر اساس کرنش برشی.

شکل 7: عمر خستگی بر اساس انرژی تلف شده.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
خستگی را می توان با استفاده از مدل های مختلف ارزیابی کرد. چندین مدل فرم ریاضی یکسانی دارند. این مورد برای مدلهای مبتنی بر Coffin-Manson و مدلهای مبتنی بر Morrow است که تنها تفاوت آنها اندازهگیری کرنش یا انرژی کنترلکننده است. در سنگها و لاستیکها معمولاً انرژی کرنش الاستیک یا کل انرژی کرنش است که خستگی را کنترل میکند در حالی که در موادی که در معرض خزش چرخهای قرار میگیرند، انرژی تلف شده خستگی را کنترل میکند. مدل Coffin-Manson که در ابتدا کرنش پلاستیک را به عمر خستگی مرتبط میکرد، توسط چندین محقق اصلاح شده است که انواع مختلفی از معیارهای کرنش را به عنوان مکانیسم کنترل خستگی پیشنهاد میکنند.
در COMSOL Multiphysics، روابط Morrow و Coffin-Manson

را می توان طوری تغییر داد که ارزیابی خستگی بر اساس چگالی انرژی تعریف شده توسط کاربر، W یا کرنش ε باشد . اگر متغیر کنترل کننده خستگی قبلاً در یک رابط فیزیک تعریف شده باشد، می توان آن را مستقیماً در گره مدل خستگی مشخص کرد. متغیر باید همراه با برچسب رابط فیزیک مربوطه مشخص شود (به عنوان مثال، solid.Ws هنگام استفاده از چگالی انرژی کرنش الاستیک). هنگامی که متغیر در یک رابط فیزیک تعریف نشده است، می توان آن را با استفاده از یک رابط ODE محاسبه کرد. این روش در این مدل نشان داده شده است، که در آن خستگی به یک کرنش خزشی خاص و یک چگالی انرژی تلف شده خاص بستگی دارد.
فرم اصلی برای ODE است
(1)

که در آن u متغیر میدان، t زمان، e a نشان دهنده ماتریس ضریب جرم، d a نشان دهنده ماتریس ضریب میرایی و f عبارت منبع است. توسعه خزش به دنبال قانون نورتون با تعریف شده است
(2)

در جایی که ij یک جزء خاص را نشان می دهد، σ e تنش فون میزس موثر، s ij تنش انحرافی است، و A، σ ref و n ثابت های مادی هستند. از آنجایی که مشکل آنالیز تنش صفحه دوبعدی است، تنها کرنشهایی در جهتهای x ، y ، z و xy میتوانند ایجاد شوند. این چهار متغیر وابسته به دست می دهد: ecx ، ecy ، ecz ، و ecxy . با مقایسه رابطه اول رابطه 2 با رابطه 1می توان تشخیص داد که هیچ سهمی از ماتریس جرم وجود ندارد، ماتریس میرایی یک ماتریس هویتی است و عبارت منبع برابر با سمت راست رابطه اول در معادله 2 است . این رابطه هم شامل تانسور تنش انحرافی و هم تنش معادل است. از آنجایی که هر دو قبلاً در رابط مکانیک جامد تعریف شده اند، به نظر می رسد که می توان از آنها در تعریف اصطلاح منبع استفاده کرد. با این حال، COMSOL Multiphysic مستلزم آن است که مشتقات همه متغیرهای تعریف شده توسط کاربر را بتوان در تمام مراحل محاسباتی تحلیل ارزیابی کرد. در تنش صفر مشتق عددی تنش معادل

سعی می کند توان منفی صفر را ارزیابی کند. یک راه حل برای این چالش این است که تعریف خود را از استرس معادل با اضافه کردن کمی استرس ارائه دهید.

تنش غیر صفر یک مشتق محدود را در شرایط بدون تنش تضمین می کند. در مثال، تنش اضافه شده 1Pa انتخاب شد. این کمک ناچیز به تنش معادل میدهد، زیرا تنشهای حاصل مرتبه بزرگی MPa دارند.
علاوه بر متغیرهای وابسته مورد استفاده برای اجزای کرنش خزشی، یک متغیر وابسته اضافی، ece ، برای کرنش خزشی معادل که توسط رابطه دوم در معادله 2 تعریف شده است ، مورد نیاز است. اصطلاح منبع برای این رابطه را می توان با استفاده از عملگر مشتق داخلی در COMSOL Multiphysics تعریف کرد. به عنوان مثال یک مشتق جزئی از u با توجه به x به سادگی به عنوان d(u,x) تعریف می شود . با کنار هم قرار دادن همه اینها، مشتقات زمانی پنج متغیر وابسته ecx ، ecy ، ecz ، ecxy و ece تبدیل میشوند:
• | alpha*solid.sdevx |
• | alpha*solid.sdevy |
• | alpha*solid.sdevz |
• | alpha*solid.sdevxy |
• | (2/3*(d(ecx,TIME)^2+d(ecy,TIME)^2+d(ecx,TIME)^2+2*(d(ecxy,TIME)^2))+1e-20 )^0.5 |
جایی که alpha=3/2*A/s_mises*(s_mises/s_ref)^n و s_mises=sqrt(solid.sx^2+solid.sy^2+solid.sz^2-solid.sx*solid.sy-solid .sy*solid.sz-solid.sz*solid.sx+3*solid.sxy^2+(1e-6[MPa])^2) .
مشتق زمانی چگالی انرژی خزش مستهلک شده است

با استفاده از عملگر مشتق، عبارت منبع برای متغیر وابسته، Wc ، به سادگی d(ece,TIME)*s_mises است .
محاسبه متغیرهای کرنش و چگالی انرژی باید در واسط های ODE جداگانه انجام شود زیرا واحدهای هر دو متغیر متفاوت است.
مسیر کتابخانه برنامه: Fatigue_Module/Strain_Life/accelerated_life_testing
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی
Blank Model کلیک کنید .

افزودن کامپوننت
در نوار ابزار Home ، روی
Add Component کلیک کنید و 2D را انتخاب کنید .

هندسه 1
1 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
2 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.5 را تایپ کنید . |
مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width 0.5 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.25 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، 0.5 را تایپ کنید . |
مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، 0.75 را تایپ کنید . |
نقطه 1 (pt1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، 0.25 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، 0.625 را تایپ کنید . |
5 | ![]() |
6 | ![]() |
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Structural Mechanics>Solid Mechanics (جامد) را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
A_I | 8.03e-12[1/s] | 8.03E-12 1/s | ضریب سرعت خزش تنش پایین |
n_I | 3 | 3 | سرعت خزش تنش پایین |
A_II | 1.96e-23[1/s] | 1.96E-23 1/s | ضریب سرعت خزش تنش بالا |
n_II | 12 | 12 | سرعت خزش تنش بالا |
s_ref | 1[MPa] | 1E6 خب | استرس مرجع |
درون یابی 1 (int1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن نام تابع ، thermLC را تایپ کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تی | F(T) |
0 | 25 |
15 | 100 |
30 | 100 |
45 | 25 |
60 | 25 |
5 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول Argument تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
تی | دقیقه |
6 | در جدول Function تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تابع | واحد |
thermLC | tenC |
مکانیک جامدات (جامدات)
مواد الاستیک خطی 1
1 | ![]() |
2 | در کادر محاورهای Show More Options ، در درخت، کادر را برای گره Physics>Advanced Physics Options انتخاب کنید . |
3 | روی OK کلیک کنید . |
4 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Solid Mechanics (solid) روی Linear Elastic Material 1 کلیک کنید . |
5 | در پنجره تنظیمات برای مواد الاستیک خطی ، برای گسترش بخش اتلاف انرژی ، کلیک کنید . |
6 | تیک گزینه Calculate dissipated Energy را انتخاب کنید . |
انبساط حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گسترش حرارتی ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | از لیست T ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، thermLC(t) را تایپ کنید . |
مواد الاستیک خطی 1
در پنجره Model Builder ، روی Linear Elastic Material 1 کلیک کنید .
خزش 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Creep ، بخش Creep Model را پیدا کنید . |
4 | از لیست A ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، A_I را تایپ کنید . |
5 | از لیست ref σ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، s_ref را تایپ کنید . |
6 | از لیست n ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، n_I را تایپ کنید . |
خزش اضافی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Additional Creep ، بخش Creep Model را پیدا کنید . |
4 | از لیست A ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، A_II را تایپ کنید . |
5 | از لیست ref σ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، s_ref را تایپ کنید . |
6 | از لیست n ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، n_II را تایپ کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرزهای 11 و 12 را انتخاب کنید. |
محدودیت ثابت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط نقطه 8 را انتخاب کنید. |
مواد
PCB
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، PCB را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 22 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.4 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 1 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ضریب انبساط حرارتی | alpha_iso ; alphaii = alpha_iso، alphaij = 0 | 21e-6 | 1/K | پایه ای |
لحیم کاری
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Solder را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 50 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.4 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 1 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ضریب انبساط حرارتی | alpha_iso ; alphaii = alpha_iso، alphaij = 0 | 21e-6 | 1/K | پایه ای |
آلومینا
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Alumina را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 300 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.22 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 1 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ضریب انبساط حرارتی | alpha_iso ; alphaii = alpha_iso، alphaij = 0 | 8e-6 | 1/K | پایه ای |
تعاریف
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
متغیرهای کمکی را برای سویه های تعریف شده توسط کاربر تعریف کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
s_mises | sqrt(solid.sx^2+solid.sy^2+solid.sz^2-solid.sx*solid.sy-solid.sy*solid.sz-solid.sz*solid.sx+3*solid.sxy^ 2+3*solid.syz^2+3*solid.sxz^2+(1e-6[MPa])^2) | N/m² | |
alpha_I | 3/2*A_I/s_mises*(s_mises/s_ref)^n_I | m·s/kg | |
alpha_II | 3/2*A_II/s_mises*(s_mises/s_ref)^n_II | m·s/kg |
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Mathematics>ODE and DAE Interfaces>Domain ODEs and DAEs (dode) را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Recently Used>Domain ODEs and DAEs (dode) را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در درخت، Recently Used>Domain ODEs and DAEs (dode) را انتخاب کنید . |
8 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
9 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
دامنه های ODE و DAE
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Domain ODEs و DAEs (dode) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Domain ODEs و DAEs ، بخش Units را پیدا کنید . |
4 | در جدول مقدار واژه منبع ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مقدار اصطلاح منبع | واحد |
واحد سفارشی | 1/s |
5 | برای گسترش بخش Dependent Variables کلیک کنید . در قسمت متن نام فیلد ، ec_I را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متنی تعداد متغیرهای وابسته ، 5 را تایپ کنید . |
7 | در جدول متغیرهای وابسته ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ecx_I |
ecy_I |
ecz_I |
ecxy_I |
ece_I |
همان ترتیب ادغام نقطه گاوس را در مواد نورتون داخلی تنظیم کنید.
8 | برای گسترش بخش Discretization کلیک کنید . از لیست نوع تابع شکل ، داده های نقطه گاوس را انتخاب کنید . |
9 | از لیست ترتیب عناصر ، 4 را انتخاب کنید . |
ODE 1 توزیع شده است
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Domain ODEs and DAEs (dode) روی Distributed ODE 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ODE توزیع شده ، بخش Source Term را پیدا کنید . |
3 | در آرایه f text-field، alpha_I*solid.sdevx را در ردیف اول تایپ کنید. |
4 | در آرایه f text-field، alpha_I*solid.sdevy را در ردیف دوم تایپ کنید. |
5 | در آرایه f text-field، alpha_I*solid.sdevz را در ردیف سوم تایپ کنید. |
6 | در آرایه f text-field، alpha_I*solid.sdevxy را در ردیف چهارم تایپ کنید. |
7 | در آرایه فیلد متنی f ، تایپ کنید |
2/3*(d(ecx_I,TIME)^2+d(ecy_I,TIME)^2+d(ecz_I,TIME)^2+ 2*(d(ecxy_I,TIME)^2))+(1e-
20 ))^0.5
20 ))^0.5
در ردیف پنجم
دامنه ODE و DAES 2 (DODE2)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Domain ODEs و DAEs 2 (dode2) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Domain ODEs و DAEs ، بخش Units را پیدا کنید . |
4 | در جدول مقدار واژه منبع ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مقدار اصطلاح منبع | واحد |
واحد سفارشی | 1/s |
5 | قسمت Dependent Variables را پیدا کنید . در قسمت متن نام فیلد ، ec_II را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متنی تعداد متغیرهای وابسته ، 5 را تایپ کنید . |
7 | در جدول متغیرهای وابسته ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ecx_II |
ecy_II |
ecz_II |
ecxy_II |
ece_II |
8 | بخش Discretization را پیدا کنید . از لیست نوع تابع شکل ، داده های نقطه گاوس را انتخاب کنید . |
9 | از لیست ترتیب عناصر ، 4 را انتخاب کنید . |
ODE 1 توزیع شده است
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Domain ODEs و DAEs 2 (dode2) روی Distributed ODE 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ODE توزیع شده ، بخش Source Term را پیدا کنید . |
3 | در آرایه f text-field، alpha_II*solid.sdevx را در ردیف اول تایپ کنید. |
4 | در آرایه f text-field، alpha_II*solid.sdevy را در ردیف دوم تایپ کنید. |
5 | در آرایه f text-field، alpha_II*solid.sdevz را در ردیف سوم تایپ کنید. |
6 | در آرایه f text-field، alpha_II*solid.sdevxy را در ردیف چهارم تایپ کنید. |
7 | در آرایه فیلد متنی f ، تایپ کنید |
2/3*(d(ecx_II,TIME)^2+d(ecy_II,TIME)^2+d(ecz_II,TIME)^2+ 2*(d(ecxy_II,TIME)^2))+(1e-
2 ))^0.5
2 ))^0.5
در ردیف پنجم
دامنه ODE و DAES 3 (DODE3)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Domain ODEs و DAEs 3 (dode3) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Domain ODEs و DAEs ، بخش Units را پیدا کنید . |
4 | ![]() |
5 | در کادر محاورهای Physical Quantity ، چگالی انرژی را در قسمت متن تایپ کنید. |
6 | ![]() |
7 | در درخت، Electromagnetics>Energy density (J/m^3) را انتخاب کنید . |
8 | روی OK کلیک کنید . |
9 | در پنجره تنظیمات برای Domain ODEs و DAEs ، بخش Units را پیدا کنید . |
10 | در جدول مقدار واژه منبع ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مقدار اصطلاح منبع | واحد |
واحد سفارشی | J/(s*m^3) |
11 | قسمت Dependent Variables را پیدا کنید . در قسمت متن نام فیلد ، Wc را تایپ کنید . |
12 | در قسمت متنی Number of varpendable variables ، 2 را تایپ کنید . |
13 | در جدول متغیرهای وابسته ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
Wc_I |
Wc_II |
14 | بخش Discretization را پیدا کنید . از لیست نوع تابع شکل ، داده های نقطه گاوس را انتخاب کنید . |
15 | از لیست ترتیب عناصر ، 4 را انتخاب کنید . |
ODE 1 توزیع شده است
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Domain ODEs و DAEs 3 (dode3) روی Distributed ODE 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ODE توزیع شده ، بخش Source Term را پیدا کنید . |
3 | در آرایه فیلد متنی f ، d(ece_I,TIME)*s_mises را در ردیف اول تایپ کنید. |
4 | در آرایه فیلد متنی f ، d(ece_II,TIME)*s_mises را در ردیف دوم تایپ کنید. |
مش 1
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of elements ، عدد 6 را تایپ کنید . |
توزیع 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 12 را تایپ کنید . |
مثلثی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی
Free Triangular کلیک کنید .

سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Fine را انتخاب کنید . |
4 | ![]() |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 | از لیست واحد زمان ، min را انتخاب کنید . |
3 | در قسمت متنی زمان خروجی ، محدوده (0,0.5,14.5) range(14.6,0.1,15.4) range(15.5,0.5,29.5) range(29.6,0.1,30.4) range(30.5,0.5,44.5) range( محدوده 44.6،0.1،45.4)(45.5،0.5،60) . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی ![]() |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید ، سپس روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، برای گسترش بخش Time Steping کلیک کنید . |
4 | از لیست مراحل انجام شده توسط حل کننده ، Intermediate را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ، ![]() |
نتایج
استرس (جامد)

کرنش خزشی I (dode)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی 2D Plot Group 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، Creep strain I (dode) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Creep strain I (dode) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text ece_I را تایپ کنید . |
کرنش خزش II (dode2)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>2D Plot Group 3 را گسترش دهید ، سپس روی 2D Plot Group 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، Creep strain II (dode2) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، ece_II را تایپ کنید . |
انرژی تلف شده (dode3)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی 2D Plot Group 4 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، انرژی تلف شده (dode3) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
نموداری ایجاد کنید که نشان دهد کرنش در طول یک چرخه چگونه ایجاد می شود.
تاریخچه کرنش خزشی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Creep strain history را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
نمودار نقطه 1
1 | روی Creep strain history کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط نقطه 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطهای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Expression ، solid.eclGp11 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
6 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ec_x |
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 متن Expression ، solid.eclGp22 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ec_y |
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 ، solid.eclGp33 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ec_z |
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 متن Expression ، solid.eclGp12 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ec_xy |
تاریخچه کرنش خزشی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Creep strain history کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، قسمت Legend را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت ، پایین سمت راست را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Creep strain (1) را تایپ کنید . |
بررسی کنید که کرنش ها و انرژی ها به درستی در آنالیز محاسبه شده اند.
گروه طرح 1 بعدی 6
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی
Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید .

نمودار نقطه 1
1 | روی 1D Plot Group 6 کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطهای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، solid.eceGp را تایپ کنید . |
4 | فقط نقطه 5 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
6 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ec (جامد) |
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 ece_I را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ece_I (dode) |
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 ، ece_II را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ece_II (dode2) |
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 متن Expression ، ece_I+ece_II را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ece_I+ece_II |
5 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، نقطه نقطه را انتخاب کنید . |
6 | از لیست Width ، 4 را انتخاب کنید . |
تاریخچه خزش موثر
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی 1D Plot Group 6 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، تاریخچه خزش موثر را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Effective creep strain (1) را تایپ کنید . |
تاریخچه اتلاف خزش
1 | روی Effective creep history کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح 1 بعدی ، Creep dissipation history را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
نمودار نقطه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Creep dissipation history را گسترش دهید ، سپس روی Point Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطهای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text solid.Wc را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
Wc (جامد) |
نمودار نقطه 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Point Graph 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطهای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، Wc_I را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
Wc_I (dode3) |
نمودار نقطه 3
1 | در پنجره Model Builder ، روی Point Graph 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطهای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، Wc_II را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
Wc_II (dode3) |
نمودار نقطه 4
1 | در پنجره Model Builder ، روی Point Graph 4 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطهای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، Wc_I+Wc_II را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
Wc_I+Wc_II |
تاریخچه اتلاف خزش
1 | در پنجره Model Builder ، روی Creep dissipation history کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Creep dissipation (J/m^3) را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار تاریخچه اتلاف خزش ، روی ![]() |
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
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، کادر حل را برای مطالعه 1 پاک کنید . |
5 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
خستگی (FTG)
Strain-Life 1
1 | روی Component 1 (comp1)>Fatigue (ftg) کلیک راست کرده و ارزیابی دامنه Strain-Life را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Strain-Life ، بخش Fatigue Model Selection را پیدا کنید . |
4 | از فهرست Criterion ، Coffin-Manson را انتخاب کنید . |
5 | از لیست نوع Strain ، User defined را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن ε i ، 2*ecxy_II را تایپ کنید . |
7 | قسمت پارامترهای مدل خستگی را پیدا کنید . از لیست ε f ′ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.587 را تایپ کنید . |
8 | از لیست c ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، -0.61 را تایپ کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Recently Used>Fatigue (ftg) را انتخاب کنید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای مطالعه 1 پاک کنید . |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
خستگی 2 (FTG2)
فقط دامنه 2 را انتخاب کنید.
مبتنی بر انرژی 1
1 | روی Component 1 (comp1)>Fatigue 2 (ftg2) کلیک راست کرده و ارزیابی دامنه Energy-Based را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای مبتنی بر انرژی ، بخش انتخاب مدل خستگی را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع انرژی ، User defined را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن W d ، Wc_II را تایپ کنید . |
6 | قسمت پارامترهای مدل خستگی را پیدا کنید . از لیست W f ، User defined را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 74e6 را تایپ کنید . |
7 | از لیست m ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، -0.79 را تایپ کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای Solid Mechanics (solid) ، Domain ODEs و DAEs (dode) ، Domain ODEs و DAEs 2 (dode2) و Domain ODEs و DAEs 3 (dode3) را 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 ![]() |
مطالعه 2
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 1، وابسته به زمان را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، ![]() |
نمودارهای نشان داده شده در شکل 6 و شکل 7 به طور پیش فرض تولید می شوند.
نتایج
چرخه های شکست (ftg)
در پنجره Model Builder ، گره Cycles to Failure (ftg) را گسترش دهید .
نشانگر 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Cycles to Failure (ftg)>Surface 1 را گسترش دهید ، سپس روی Marker 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نشانگر ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست نقطه لنگر ، پایین سمت چپ را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Cycles to Failure (ftg) ، روی ![]() |
چرخه های شکست (ftg2)
در پنجره Model Builder ، گره Results>Cycles to Failure (ftg2) را گسترش دهید .
نشانگر 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Cycles to Failure (ftg2)>Surface 1 را گسترش دهید ، سپس روی Marker 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نشانگر ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست نقطه لنگر ، پایین سمت چپ را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Cycles to Failure (ftg2) ، روی ![]() |