Produto:Fatigue Module
Produto:Fatigue Module
Analyze Stress- and Strain-Based High- and Low-Cycle Fatigue with the Fatigue Module

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 com carregamentos abaixo do limite estático. Uma análise virtual de fadiga pode ser realizada no ambiente COMSOL Multiphysics através do Fatigue Module, um complemento do Structural Mechanics Module, o qualcontém uma coletânea de modelos de fadiga. A aplicabilidade de cada modelo depende de fatores tais como o tipo de material e carregamento. Os tradicionais métodos stress-life e strain-life relacionam as amplitudes de tensão ou deformação com a vida de fadiga. Juntamente com os métodos dos planos cítricos baseados em tensões e deformações, pode-se 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, cascas, multicorpos, aplicações que envolvem tensões térmicas e, até mesmo, em dispositivos piezelétricos. Para melhorar a eficiência computacional ao se lidar com fadiga iniciada em superfícies ou sub-superfície, o cálculo de fadiga pode ser realizado em domínios, contornos, linhas e pontos.
Imagens adicionais:
Curva de Fadiga
Quando se analisa fadiga através dos métodos clássicos, as amplitudes de tensões, ou deformações, se relacionam com a vida de fadiga através da curva de fadiga. Os modelos stress-life e strain-life disponibilizam uma coletânea de métodos onde a curva de fadiga pode ser definida de diferentes modos. Esses modelos são aplicáveis a carregamentos proporcionais quando, por exemplo, uma única carga oscila entre dois valores. É possível resolver fadiga de alto ciclo com modelos stress-life contendo a curva S-N clássica, modelo de Basaquin, ou uma curva S-N aproximada. Já, a predição de fadiga de baixo ciclo pode ser feita usando-se modelos strain-life contendo a curva E-N, o modelo de Coffin-Manson e o modelo combinado de Basquin e Coffin-Manson.
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.
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.
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.
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.
Vibration Fatigue
Vibration fatigue is an evaluation method based on a frequency-domain analysis making results available for a number of frequencies. It is used for predicting the results from a common type of experiment where a structure is subjected to an excitation with increasing frequency, sometimes called a sine sweep analysis. The following settings are available for vibration fatigue analyses:
- A certain time spent at each frequency
- A certain number of cycles spent at each frequency
- A linear increase of frequency
- A logarithmic increase of frequency
Fatigue Module
Recursos do Produto
- Métodos do plano crítico
- Dano acumulado
- Fadiga baseada em tensão
- Fadiga baseada em deformação
- Fadiga baseada em energia
- Método Wang-Brown
- Critério de Basquin
- Critério de curva S-N aproximada
- Critério de curva E-N
- Critério de Coffin-Manson
- Critério de Basquin e Coffin-Manson combinados
- Critério de Findley
- Critério de Matake
- Critério das tensões normais
- Critério de Fatemi-Socie
- Critério de Smith-Watson-Topper (SWT)
- Critério de Wang-Brown
- Correção de Morrow para tensão média
- Critério de Darveaux
- Critério de Morrow
- Contagem de tensões Rainflow
- Regra de dano Palmgren-Miner linear
- Métodos aproximados para cálculos de fadiga em materiais elastoplásticos
Thermal Fatigue of a Surface Mount Resistor
A surface mount resistor is subjected to thermal cycling. The difference in the thermal expansion of different materials will introduce stresses in the structure. The solder which connects the resistor with the printed circuit board is seen as the weakest link in the assembly. It responds nonlinearly to changes in both temperature and time. In ...
Fatigue Response of a Random Nonproportional Load
A frame with a central cutout is subjected to a random load consisting of 1000 load events. The external load, recorded using three strain gauges, is simulated using superposition of three unit loads. The stress state around the cutout is obtained with the Rainflow cycle counting algorithm. The damage is estimated using the Palmgren-Miner linear ...
Frame Fatigue Life
Analyzing fatigue with simulation, rather than running fatigue experiments, is a much quicker way to determine whether a certain design will fail after repeated loading and unloading. This application allows you to evaluate the fatigue life of a frame with a cutout. It is useful for understanding the concept of fatigue and how to build an ...
Notch Approximation to Low-Cycle Fatigue Analysis of Cylinder with a Hole
A load carrying component of a structure is subjected to multi-axial cyclic loading during which localized yielding of the material occurs. In this model you perform a low cycle fatigue analysis of the part based on the Smith-Watson-Topper (SWT) model. Due to localized yielding, you can use two methods to obtain the stress and strain ...
Elastoplastic Low-Cycle Fatigue Analysis of Cylinder with a Hole
A load carrying component of a structure is subjected to multi-axial cyclic loading during which localized yielding of the material occurs. In this model you perform a low cycle fatigue analysis of the part based on the Smith-Watson-Topper (SWT) model. Due to localized yielding, you can use two methods to obtain the stress and strain ...
Fatigue Analysis of a Wheel Rim
A fatigue analysis is performed on a wheel rim. The Findley fatigue criterion is examined. The submodeling technique is utilized performed a detailed study on the critical part of a spike. At first a study of the full model is made. The critical part is identified and a submodel is reanalyzed. The road load, which rotates around the wheel, is ...
Fatigue Analysis of a Nonproportionally Loaded Shaft with a Fillet
This example shows how to perform a High Cycle Fatigue (HCF) analysis with a non-proportional load history caused by a transversal force and a torque which are applied in different combinations. Three different fatigue models (Findley, Matake, and Dang Van) are compared.
Standing Contact Fatigue
A standing contact fatigue test is a procedure used for testing crack growth on the subsurface level. In such a test, a spherical object is pressed against the tested materials and cycled between a high and low compressive load. No translational movement between the two occurs. After a period of time, surface cracks can be observed on the flat ...
Rolling Contact Fatigue in a Linear Guide
When a linear guide is loaded above the manufacturer's specification limit, one concern is whether the contact loads will introduce fatigue spalling. In this system analysis, the entire guide has been analyzed and the mostly damaging contact load has been identified to occur on a rail raceway. Since spalling is initiated by a fatigue crack on the ...
Energy-Based Thermal Fatigue Prediction in a Ball Grid Array
In a cooling system, a microelectronic component has been identified as the critical link. Since the power is repeatedly switched on and off, the component is subjected to thermal cycling. As a results a crack grows through a solder joint and disconnects the chip from the printed circuit board so that the component loses its operational ...
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