 |
پاسخ خستگی یک بار غیرمتناسب تصادفی
معرفی
یک عضو قاب دیواره نازک با یک برش مرکزی در معرض یک سناریوی بار تصادفی قرار می گیرد. اگرچه انتظار می‌رود تنش‌ها بسیار کمتر از سطح تسلیم ماده باشد، اما این نگرانی وجود دارد که آیا جزء به دلیل خستگی از کار می‌افتد یا خیر.
این مثال رویکردی را برای تعیین کمیت آسیب یک سابقه بار طولانی نشان می دهد. الگوریتم شمارش بارش باران برای تعریف سناریوی بار استفاده می‌شود و مدل آسیب خطی پالمگرن-ماینر میزان خسارت را تعیین می‌کند.
تعریف مدل
تیر باربری در شکل 1 نشان داده شده است . طول آن 1.1 متر، مقطع مربع جداره نازک با ابعاد 160 در 160 میلی متر و ضخامت 6 میلی متر است. بریدگی به صورت مرکزی روی یکی از وجوه قرار می گیرد و 100 میلی متر طول، 80 میلی متر عرض دارد و دارای یک فیله با شعاع 10 میلی متر در هر گوشه است.
شکل 1: هندسه عضو قاب.
بارگذاری شامل لنگرهای خمشی در هر دو جهت و یک ممان پیچشی است. هر سه بار می توانند به طور مستقل متفاوت باشند. اطلاعات مربوط به بار با استفاده از سه کرنش سنج به دست می آید که در قسمت های پایین و پشت قاب چسبانده شده اند. قسمت پشتی آن سمتی است که در مقابل صورت دارای سوراخ است. محل و موقعیت کرنش سنج ها در شکل 2 نشان داده شده است . کرنش سنج های 1 و 2 با زاویه 45 درجه نسبت به سیستم مختصات جهانی جهت گیری می کنند در حالی که کرنش سنج 3 با طول وجه (محور x) تراز است. هر دو در 850 میلی متر از لبه در طول و در وسط در امتداد عرض چهره ها قرار دارند .
شکل 2: محل و جهت کرنش سنج ها.
قاب از فولاد با مدول یانگ، نسبت پواسون و چگالی که به ترتیب توسط E = 200 GPa، ν = 0.33 و ρ = 7800 کیلوگرم بر متر مکعب داده شده است، ساخته شده است.
رفتار خستگی توسط داده های کتابخانه مواد برای آلیاژ آهن 4340 برای یک نوع تعریف شده توسط فاز UTS 200 Ksi – 293K و تغییرات بدون شکاف توصیف شده است .
انتهای سمت چپ سازه، x = 0 ، گیره شده است. یک ممان پیچشی، در امتداد x ، و دو ممان خمشی، در امتداد y و z، در انتهای سمت راست در x = 1.1 متر اعمال می شود. طول عمری که قاب برای آن طراحی شده است 10000 بیشتر از آن چیزی است که توسط کرنش سنج ها ثبت شده است. پاسخ به یک بلوک چرخه بارگذاری در هر سه گیج در شکل 3 نشان داده شده است. از تاریخچه مشخص است که رویداد بارگذاری نامتناسب است. با این حال، غلظت تنش در اطراف بریدگی که در آن حالت تنش تک محوری است، ایجاد می‌شود. بنابراین مدل‌های مورد استفاده، Rainflow Counting و Palmgren-Miner جمع‌بندی، می‌توانند برای ارزیابی خستگی مناسب دیده شوند.
شکل 3: تاریخچه کرنش در کرنش سنج های درختی. زیرنویس شماره گیج را نشان می دهد.
برای اعمال تاریخچه کرنش بر روی قاب، تاریخچه کرنش باید به بارهایی منتقل شود که می توانند روی مرز اعمال شوند. تبدیل به دو روش انجام می شود. در اول، یک رابطه بین یک واحد گشتاور و یک پاسخ در هر کرنش سنج باید با استفاده از COMSOL Multiphysics بدست آید. با تکرار آن برای هر واحد لحظه و معکوس کردن رابطه، یک ماتریس تبدیل که کرنش ها را به گشتاورها مرتبط می کند به دست می آید.
یک راه جایگزین استفاده از یک رابطه تحلیلی تقریبی مبتنی بر تئوری تیر با فرض جداره نازک، قانون هوک و چرخش تنش ها در یک صفحه است. نتیجه بدون اشتقاق دقیق در زیر آورده شده است.
(1)
کجا 
, 
, 
, 
, 
, 
, , 
, 
, و . متغیرهای t = 6 mm و b = 154 mm ضخامت و ضلع (با استفاده از سطوح میانی) مقطع را تعیین می کنند.
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, و 
. متغیرهای t = 6 mm و b = 154 mm ضخامت و ضلع (با استفاده از سطوح میانی) مقطع را تعیین می کنند.بر اساس ثابت های هندسی و مادی، رابطه 1 رابطه زیر را به دست می دهد
(2)
نتایج و بحث
بر اساس یک تحلیل المان محدود، گشتاورهای اعمال شده و کرنش های گیج با هم مرتبط هستند
(3)
ضرایب در مقایسه با نتایج تحلیلی، معادله 2 تا حدودی متفاوت است . منطقی است که فرض کنیم پیش بینی خستگی نهایی نیز بسته به ماتریس تبدیل استفاده شده متفاوت است. از آنجایی که معادله 2 بر اساس تقریب ها است، نتایج بیشتر بر اساس رابطه FE، معادله 3 است .
تنش ها در قسمت داخلی پوسته از نقطه نظر خستگی مهم تر هستند. تغییر ضریب استفاده از خستگی در امتداد فیله ها در شکل 4 نشان داده شده است . به حدود 0.11 می رسد و بنابراین فریم مورد بررسی نباید در خستگی از کار بیفتد.
شکل 4: ضریب مصرف خستگی در امتداد فیله های برش. زاویه در صفحه xz با زاویه شروع از محور x اندازه گیری می شود.
در پر بارترین نقطه در سازه، تاریخچه تنش تقریباً در اطراف تنش میانی صفر متقارن به نظر می رسد. تنش میانی در محدوده 250- مگاپاسکال تا 250 مگاپاسکال و دامنه تقریباً تا 600 مگاپاسکال است. توزیع بار در نقطه بحرانی در هیستوگرام Rainflow در شکل 5 نشان داده شده است .
شکل 5: شمارش چرخه، بر اساس تئوری بارش باران، در نقطه بالاترین ضریب مصرف خستگی.
در شکل 6 ، سهم نسبی آسیب برای همان مکان نشان داده شده است. ناحیه آبی تیره نشان‌دهنده چرخه‌های تنش است که آسیب‌رسان نیستند. این بدان معنی است که آنها زیر حد استقامت در منحنی Wöhler هستند که منحنی SN نیز نامیده می شود. چرخه های تنش مخرب برای دامنه های تنش بالا یافت می شوند. از آنجایی که قانون Palmgren-Miner آسیب را به صورت خطی با تعداد چرخه ها مقیاس می کند، هنگامی که تعداد چرخه ها با ضریب 1/0.11 افزایش می یابد، ضریب استفاده از خستگی از 1 فراتر می رود و در نتیجه خرابی رخ می دهد. در عمل، فرض خطی بودن قانون Palmgren-Miner را می توان زیر سوال برد، بنابراین یک عامل ایمنی مناسب باید اعمال شود.
یک اطلاعات مهم در هنگام ارزیابی شکل 5 و شکل 6 این است که 37 درصد از آسیب خستگی ناشی از یک رویداد واحد در تاریخچه بار است و این که بیشتر آسیب تنها توسط چند چرخه بار ایجاد می شود. این نشان می دهد که تاریخچه بار ثبت شده برای انجام پیش بینی های خوب بسیار کوتاه است. یا باید اندازه‌گیری‌های جدید و طولانی‌تری انجام شود، یا باید از یک ضریب ایمنی بالا در ترکیب با برخی ملاحظات آماری استفاده شود.
شکل 6: استفاده از خستگی نسبی، با پیروی از قانون آسیب پالمگرن-ماینر، در نقطه با بالاترین ضریب مصرف.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
در COMSOL Multiphysics، چندین تابع با لیست آرگومان یکسان را می توان در یک فایل قرار داد. این در مثال با سه تابع بار نشان داده شده است که لحظه تعیین شده در یک انتهای قاب را تعریف می کند. هنگامی که یک تابع درون یابی از یک فایل خوانده می شود، اولین ستون ها را به عنوان آرگومان و ستون های بعدی را به عنوان پاسخ تابع در نظر می گیرد.
COMSOL Multiphysics چندین گزینه برای تعیین منحنی SN ارائه می دهد. تابع درون یابی با گزینه های نوع داده گرید ، درونیابی خطی و برونیابی ثابت توصیه می شود. این گزینه‌ها برای جستجوی حیات زمانی که R-value شناخته می‌شوند، بهینه هستند و تنش دامنه مشخص است. ورودی برای منحنی SN تعریف شده در مثال در شکل 7 نشان داده شده است .
شکل 7: منحنی Wöhler از مواد.
داده‌های مواد خستگی در کتابخانه مواد، حداکثر تنش خستگی را 
به عنوان تابعی از تعداد چرخه‌ها و مقدار R نشان می‌دهند. برای انتقال آن به دامنه تنش، 
که توسط ویژگی خستگی تجمعی مورد نیاز است، کافی است تبدیل زیر را اعمال کنید.
به عنوان تابعی از تعداد چرخه‌ها و مقدار R نشان می‌دهند. برای انتقال آن به دامنه تنش، 
که توسط ویژگی خستگی تجمعی مورد نیاز است، کافی است تبدیل زیر را اعمال کنید.
مسیر کتابخانه برنامه: Fatigue_Module/Damage/frame_with_cutout
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Shell (پوسته) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
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 |
م | 1 [N*m] | 1 N·m | لحظه واحد |
pt | 6 [mm] | 0.006 متر | ضخامت قاب |
فصل | 80 [mm] | 0.08 متر | ارتفاع سوراخ |
cw | 100 [mm] | 0.1 متر | عرض سوراخ |
cr | 10 [mm] | 0.01 متر | شعاع سوراخ |
هندسه 1
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 1.1 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth متن، 0.154 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.154 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع هواپیما ، Face parallel را انتخاب کنید . |
4 | در شیء blk1 ، فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
5 |  روی Show Work Plane کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Position را پیدا کنید . |
3 | از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width ، ch را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، cw را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> فیله 1 (fil1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Fillet کلیک کنید . |
2 | در شیء r1 ، فقط نقاط 1-4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Fillet ، بخش Radius را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Radius ، cr را تایپ کنید . |
نقاطی را برای ارزیابی کرنش ایجاد کنید که در آن کرنش سنج ها قرار می گیرند.
نقطه 1 (pt1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و More Primitives>Point را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، 0.3 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن z ، -0.077 را تایپ کنید . |
نقطه 2 (pt2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Point را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، 0.3 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، 0.077 را تایپ کنید . |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
تعاریف
یک سیستم مختصات جدید ایجاد کنید که با جهت های فشار سنج در سمت پایین قاب هماهنگ باشد.
سیستم بردار پایه 2 (sys2)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Coordinate Systems کلیک کنید و Base Vector System را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سیستم بردار پایه ، بخش بردارهای پایه را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ایکس | Y | Z | |
x1 | cos (pi/4) | sin (pi/4) | 0 |
x2 | -sin(pi/4) | cos (pi/4) | 0 |
4 | زیربخش Simplifications را پیدا کنید . تیک گزینه Assume orthonormal را انتخاب کنید . |
5 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
پوسته (پوسته)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Shell (Shell) کلیک کنید . |
2 | فقط مرزهای 2-5 را انتخاب کنید.  |
ضخامت و افست 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Shell (Shell) روی Thickness and Offset 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Thickness and Offset ، قسمت Thickness and Offset را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی d 0 ، pt را تایپ کنید . |
مواد الاستیک خطی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Linear Elastic Material را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
سیستم محلی پوسته 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Linear Elastic Material 2 را گسترش دهید ، سپس روی Shell Local System 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سیستم محلی پوسته ، قسمت انتخاب سیستم مختصات را پیدا کنید . |
3 | از لیست Coordinate system ، Base Vector System 2 (sys2) را انتخاب کنید . |
جابجایی / چرخش تجویز شده 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  لبه‌ها کلیک کرده و Prescribed Displacement/Rotation را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه های 1، 2، 4 و 6 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی/چرخش تجویز شده ، بخش جابجایی تجویز شده را پیدا کنید . |
4 | تیک Prescribed in x direction را انتخاب کنید . |
5 | کادر بررسی تجویز شده در جهت y را انتخاب کنید . |
6 | تیک Prescribed in z direction را انتخاب کنید . |
یک لنگر پیچشی و دو لنگر خمشی را اعمال کنید و با استفاده از موارد بارگذاری آنها را متمایز کنید.
اتصال سفت و سخت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  لبه‌ها کلیک کرده و Rigid Connector را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه‌های 17–20 را انتخاب کنید.  |
لحظه پیچش (x)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Applied Moment را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Applied Moment ، بخش Applied Moment را پیدا کنید . |
3 | بردار M را به صورت مشخص کنید |
م | ایکس |
0 | y |
0 | z |
4 | در قسمت نوشتار برچسب ، لحظه چرخشی (x) را تایپ کنید . |
اتصال سفت و سخت 1
در پنجره Model Builder ، روی Rigid Connector 1 کلیک کنید .
لحظه خمشی (y)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Applied Moment را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Applied Moment ، بخش Applied Moment را پیدا کنید . |
3 | بردار M را به صورت مشخص کنید |
0 | ایکس |
م | y |
0 | z |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Bending Moment (y) را تایپ کنید . |
اتصال سفت و سخت 1
در پنجره Model Builder ، روی Rigid Connector 1 کلیک کنید .
ممان خمشی (z)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Applied Moment را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Applied Moment ، بخش Applied Moment را پیدا کنید . |
3 | بردار M را به صورت مشخص کنید |
0 | ایکس |
0 | y |
م | z |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Bending Moment (z) را تایپ کنید . |
لحظه پیچش (x)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Twisting Moment (x) کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Physics ، روی  Load Group کلیک کنید و New Load Group را انتخاب کنید . |
لحظه خمشی (y)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Bending Moment (y) کلیک کنید . |
2 |  روی Load Group کلیک کنید و New Load Group را انتخاب کنید . |
ممان خمشی (z)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Bending Moment (z) کلیک کنید . |
2 |  روی Load Group کلیک کنید و New Load Group را انتخاب کنید . |
تعاریف جهانی
گروه بار: Mx
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions>Load and Constraint Groups روی Load Group 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Load Group ، Load Group: Mx را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام پارامتر ، lgX را تایپ کنید . |
گروه بار: من
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions>Load and Constraint Groups روی Load Group 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Load Group ، Load Group: My را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام پارامتر ، lgY را تایپ کنید . |
گروه بار: Mz
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions>Load and Constraint Groups روی Load Group 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Load Group ، Load Group: Mz را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام پارامتر ، lgZ را تایپ کنید . |
مواد
مواد 1 (mat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2-5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 200e9 | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.33 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 7800 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از فهرست اندازه عنصر ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
3 | تیک Define load case را انتخاب کنید . |
4 | سه بار روی Add کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
LOAD CASE | LGX | وزن | LGY | وزن | LGZ | وزن |
Load Case X | √ | 1.0 | 1.0 | 1.0 | ||
Load case Y | 1.0 | √ | 1.0 | 1.0 | ||
لود کیس Z | 1.0 | 1.0 | √ | 1.0 |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study: Generalized Loads را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
8 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
جدولی ایجاد کنید که رابطه بین کرنش گیج و هر واحد گشتاور را نشان دهد.
ارزیابی امتیاز 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  Point Evaluation کلیک کنید . |
2 | فقط نقطه 13 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی نقطه ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش عبارات کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Shell>Strain>Strain tensor, local مختصات سیستم>shell.el11 را انتخاب کنید – Strain tensor, local مختصات سیستم, 11-component . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
shell.el11 | 1 | e1 |
5 | زیربخش Parameters را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | ارزش | واحد | شرح |
shell.refpntx | 1 | متر | نقطه مرجع برای محاسبه گشتاور، مختصات x |
6 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
ارزشیابی امتیاز 2
1 | روی Point Evaluation 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی نقطه ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش عبارات کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Shell>Strain>Strain tensor, local مختصات سیستم>shell.el22 – Strain tensor, local مختصات سیستم, 22-component را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
shell.el22 | 1 | e2 |
4 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
ارزیابی امتیاز 3
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Derived Values روی Point Evaluation 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | فقط نقطه 14 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی نقطه ، قسمت عبارات را پیدا کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
shell.el11 | 1 | e3 |
5 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
منحنی SN بار.
درون یابی 1 (int1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Interpolation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 |  روی Browse کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل frame_with_cutout_SN_curve.txt دوبار کلیک کنید . |
6 |  روی Import کلیک کنید . |
لحظات پیچ و تاب و خمش بار.
درون یابی 2 (int2)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Interpolation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 |  روی Browse کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل frame_with_cutout_load.txt دوبار کلیک کنید . |
6 | در قسمت متنی Number of arguments ، 1 را تایپ کنید . |
7 |  روی Import کلیک کنید . |
هنگامی که یک تابع درون یابی از یک فایل خوانده می شود، اولین ستون ها را به عنوان آرگومان و ستون های بعدی را به عنوان مقادیر تابع در نظر می گیرد. به عنوان مثال در تابع درونیابی که لحظه حول محور y را تعریف می کند ( نام تابع fY است و موقعیت در فایل 2 است)، تعداد آرگومان ها 1 است. بنابراین ستون اول آرگومان و ستون سوم تابع است. مقدار (1+2).
8 | زیربخش توابع را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام تابع | موقعیت در پرونده |
fX | 1 |
سال مالی | 2 |
fZ | 3 |
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، کادر حل را برای مطالعه: بارهای تعمیم یافته پاک کنید . |
5 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
خستگی بیرون
در پنجره تنظیمات برای خستگی ، Fatigue Outside را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
خسارت تجمعی 1
1 | روی Component 1 (comp1)>Fatigue Outside کلیک راست کرده و ارزیابی لبه Cumulative Damage را انتخاب کنید . |
2 | تمام لبه های اطراف برش را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای خسارت تجمعی ، بخش Solution Field را پیدا کنید . |
4 | از لیست رابط فیزیک ، Shell (پوسته) را انتخاب کنید . |
5 | از لیست ضخامت مکان ، بالا را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Analysis را پیدا کنید . از لیست نوع ، بارهای تعمیم یافته را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Cycle Counting Parameters را پیدا کنید . زیربخش Discretization را پیدا کنید . در قسمت متن N r ، 20 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Damage Model Parameters را پیدا کنید . در قسمت متن m ، 10000 را تایپ کنید . |
9 | از لیست f SN ( R,N ) int1 را انتخاب کنید . |
10 | قسمت Generalized Load Definition را پیدا کنید . در قسمت متن s f ، 1000 را تایپ کنید . |
11 |  سه بار روی Add کلیک کنید . |
12 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تاریخچه بار تعمیم یافته |
fX |
سال مالی |
fZ |
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، کادر حل را برای Shell (پوسته) 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 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: بارهای تعمیم یافته ، ثابت را انتخاب کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study: Fatigue Outside را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
توزیع مصرف خستگی (ftg)، ضریب استفاده از خستگی (ftg)، توزیع چرخه استرس (ftg)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، برای انتخاب Fatigue Usage Factor (ftg) ، Stress Cycle Distribution (ftg) و Fatigue Usage Distribution (ftg) Ctrl کلیک کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
خستگی بیرون
در پنجره تنظیمات گروه ، Fatigue Outside را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
ضریب مصرف خستگی (ftg)
صفحه نمایش محور x را به عنوان بیانی از زوایای گوشه تغییر دهید .
نمودار خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Fatigue Usage Factor (ftg) را گسترش دهید ، سپس روی Line Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت Expression text، تایپ کنید |
atan2(z-0.03,x-0.04)*(dom==15)+atan2(abs(z-0.03)،x+0.04)*(dom==11)+ atan2(z+0.03,x+0.04)
* (dom==10)+atan2(z+0.03,x-0.04)*(dom==14)
* (dom==10)+atan2(z+0.03,x-0.04)*(dom==14)
5 | از لیست واحد ، ° را انتخاب کنید . |
6 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Cutout angle را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار Fatigue Usage Factor (ftg) ، روی  Plot کلیک کنید . |
فاکتور استفاده از خستگی در خارج (ftg)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Fatigue Outside روی Fatigue Usage Factor (ftg) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Fatigue Usage Factor Outside (ftg) را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید . |
توزیع چرخه استرس در خارج (ftg)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Fatigue Outside ، روی Stress Cycle Distribution (ftg) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، Stress Cycle Distribution Outside (ftg) را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید. |
ماتریس هیستوگرام 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Stress Cycle Distribution Outside (ftg) را گسترش دهید ، سپس روی Matrix Histogram 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس هیستوگرام ، بخش Axes را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Stress Cycle Distribution Outside (ftg) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
توزیع مصرف خستگی در خارج (ftg)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Fatigue Outside ، روی Fatigue Usage Distribution (ftg) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح دوبعدی ، Fatigue Usage Distribution Outside (ftg) را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید. |
ماتریس هیستوگرام 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Fatigue Usage Distribution Outside (ftg) را گسترش دهید ، سپس روی Matrix Histogram 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس هیستوگرام ، بخش Axes را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Fatigue Usage Distribution Outside (ftg) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک 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: بارهای تعمیم یافته و مطالعه: خستگی در خارج پاک کنید . |
5 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
خستگی در داخل
در پنجره تنظیمات برای خستگی ، Fatigue Inside را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
خسارت تجمعی 1
1 | روی Component 1 (comp1)>Fatigue Inside کلیک راست کرده و ارزیابی لبه Cumulative Damage را انتخاب کنید . |
2 | تمام لبه های اطراف برش را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای خسارت تجمعی ، بخش Solution Field را پیدا کنید . |
4 | از لیست رابط فیزیک ، Shell (پوسته) را انتخاب کنید . |
5 | از لیست مکان ضخامت ، پایین را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Analysis را پیدا کنید . از لیست نوع ، بارهای تعمیم یافته را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Cycle Counting Parameters را پیدا کنید . زیربخش Discretization را پیدا کنید . در قسمت متن N r ، 20 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Damage Model Parameters را پیدا کنید . در قسمت متن m ، 10000 را تایپ کنید . |
9 | از لیست f SN ( R,N ) int1 را انتخاب کنید . |
10 | قسمت Generalized Load Definition را پیدا کنید . در قسمت متن s f ، 1000 را تایپ کنید . |
11 | سه بار روی Add کلیک کنید . |
12 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تاریخچه بار تعمیم یافته |
fX |
سال مالی |
fZ |
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 Shell (پوسته) و Fatigue Outside (ftg) 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: بارهای تعمیم یافته ، ثابت را انتخاب کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، روی Study 3 کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study: Fatigue Inside را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
توزیع مصرف خستگی (ftg2)، ضریب استفاده از خستگی (ftg2)، توزیع چرخه استرس (ftg2)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، برای انتخاب Fatigue Usage Factor (ftg2) ، Stress Cycle Distribution (ftg2) و Fatigue Usage Distribution (ftg2) کلیک کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
خستگی در داخل
در پنجره تنظیمات برای گروه ، Fatigue Inside را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
فاکتور استفاده از خستگی در داخل (ftg2)
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Fatigue Inside روی Fatigue Usage Factor (ftg2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Fatigue Usage Factor Inside (ftg2) را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید. |
نمودار خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Fatigue Usage Factor Inside (ftg2) را گسترش دهید ، سپس روی Line Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
موقعیت گرد را با استفاده از زاویه تعریف کنید.
4 | در قسمت Expression text، تایپ کنید |
atan2(z-0.03,x-0.04)*(dom==15)+atan2(abs(z-0.03)،x+0.04)*(dom==11)+ atan2(z+0.03,x+0.04)
* (dom==10)+atan2(z+0.03,x-0.04)*(dom==14)
* (dom==10)+atan2(z+0.03,x-0.04)*(dom==14)
5 | از لیست واحد ، ° را انتخاب کنید . |
6 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Cutout angle را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار Fatigue Usage Factor Inside (ftg2) ، روی  Plot کلیک کنید . |
توزیع چرخه استرس در داخل (ftg2)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Fatigue Inside ، روی Stress Cycle Distribution (ftg2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، Stress Cycle Distribution Inside (ftg2) را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید. |
ماتریس هیستوگرام 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Stress Cycle Distribution Inside (ftg2) را گسترش دهید ، سپس روی Matrix Histogram 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس هیستوگرام ، بخش Axes را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Stress Cycle Distribution Inside (ftg2) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
توزیع مصرف خستگی در داخل (ftg2)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Fatigue Inside ، روی Fatigue Usage Distribution (ftg2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح دوبعدی ، Fatigue Usage Distribution Inside (ftg2) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
ماتریس هیستوگرام 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Fatigue Usage Distribution Inside (ftg2) را گسترش دهید ، سپس روی Matrix Histogram 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس هیستوگرام ، بخش Axes را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Fatigue Usage Distribution Inside (ftg2) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
