Module Fatigue

Modèles en contrainte et déformation de type plan critique

Pour les cas multiaxiaux, bon nombre des critères de fatigue les plus populaires utilisent une approche de type plan critique. Cette approche consiste à identifier le plan dans lequel une certaine expression de contrainte ou de déformation est maximisée. Ces modèles de fatigue utilisent différentes expressions de contrainte ou de déformation, et le module Fatigue propose des modèles basés sur l'une comme sur l'autre.

Dans le régime de fatigue à haut nombre de cycles, où les déformations plastiques sont négligeables, les modèles basés sur les contraintes - Findley, Normal stress, Matake, ou Dang Van - sont utilisés pour calculer un facteur d'utilisation qui est comparé à la limite de fatigue.

Dans les situations où les déformations plastiques ne peuvent plus être négligées, des modèles basés sur les déformations sont disponibles. Ils utilisent des expressions de déformation ou des expressions qui combinent la contrainte et la déformation pour calculer le nombre de cycles jusqu'à la rupture par fatigue. Les modèles Smith-Watson-Topper (SWT), Fatemi-Socie et Wang-Brown sont généralement pertinents dans les cas de fatigue à faible nombre de cycles.

Modèle d'endommagement cumulatif

Dans les cas où le cycle de charge n'est pas constant, le chargement est décrit par un historique complet de contraintes plutôt que par un seul cycle. La fonctionnalité Endommagement cumulatif peut être utilisée pour évaluer la fatigue d'une structure soumise à des chargements variables ou à des chargements "aléatoires", où les contraintes correspondantes sont réparties en utilisant le comptage rainflow. Une fois la distribution des contraintes connue, la règle d'endommagement linéaire de Palmgren-Miner est utilisée pour calculer l'endommagement cumulatif via une courbe S-N. Les résultats comprennent le facteur d'utilisation, qui indique à quel point le cycle de charge est proche de la limite de fatigue; les cycles de contrainte comptés montrant la distribution des niveaux de contrainte de la charge appliquée; et le facteur d'utilisation relatif montrant la contribution de chaque niveau de contrainte à la fatigue globale. Des histogrammes matriciels peuvent être utilisés pour visualiser les cycles de contrainte comptés et l'utilisation relative.

Fatigue vibratoire

Lorsqu'une structure subit des vibrations, cela peut conduire à la rupture par fatigue du matériau. Les vibrations peuvent être classées en processus déterministes ou aléatoires. Le module Fatigue intègre des fonctionnalités permettant d'étudier la fatigue dans ces deux cas de figure.

L'étude de la fatigue sous vibrations harmoniques est basée sur les résultats d'un balayage fréquentiel. Dans ce cas, les utilisateurs spécifient en plus l'historique fréquentiel, par exemple, le temps passé à chaque fréquence ou le taux de variation du balayage. Le résultat est un facteur d'utilisation, qui indique la part de la durée de vie en fatigue consommée par les cycles du balayage fréquentiel.

L'étude de la fatigue sous vibrations aléatoires repose sur les résultats d'une analyse de vibration aléatoire pour laquelle le chargement est représenté par une DSP. La fonctionnalité Vibration aléatoire de l'interface Fatigue peut être utilisée pour définir toute mesure de contrainte linéaire et fournit plusieurs résultats qui émanent de la DSP de la réponse. Ceux-ci aident à dimensionner la structure face au risque de rupture par fatigue.

Modèles de durée de vie en contrainte et en déformation

Les modèles de durée de vie en contrainte et en déformation du module Fatigue fournissent un ensemble de méthodes pour lesquelles l'amplitude de la contrainte ou de la déformation est liée à la durée de vie du matériau via une courbe de fatigue. Ces modèles conviennent pour les cas de chargements proportionnels lorsque, par exemple, une unique charge oscille entre deux valeurs. Pour simuler la fatigue à haut nombre de cycles, le module comprend les modèles de durée de vie en contrainte de type courbe S-N, Basquin et courbe S-N approximative. Pour les régimes de fatigue à faible nombre de cycles, les modèles de durée de vie en déformation de type Courbe E-N, Coffin-Manson et Basquin et Coffin-Manson combinés sont disponibles.

Modèles énergétiques

Le module Fatigue comprend deux modèles basés sur l'énergie : Morrow et Darveaux, qui sont utilisés pour traduire l'effet de la contrainte et de la déformation en énergie libérée ou dissipée pendant un cycle de charge.

Ces modèles sont généralement adaptés aux applications impliquant des matériaux non linéaires dans le régime de fatigue à faible nombre de cycles. Comme l'énergie peut être calculée de différentes manières, ces modèles peuvent être utilisés dans des applications à charge proportionnelle et non proportionnelle.

Les modèles énergétiques dépendent de l'énergie dissipée. Cette dissipation de l'énergie signifie que l'énergie est consommée par le matériau et ne peut être récupérée. Ce comportement est présent chez les matériaux inélastiques et peut être modélisé en combinant le module Fatigue avec le module Nonlinear Structural Materials ou le module Geomechanics.

La multiphysique pour des études approfondies

La dilatation ou la contraction des matériaux, dues aux changements de température, introduisent des concentrations de contraintes et des accumulations de déformations qui peuvent conduire à la rupture. La rupture par fatigue thermique peut être évaluée à l'aide de plusieurs modèles de fatigue. Pour les matériaux non linéaires, cela inclut le modèle Coffin-Manson et les relations de Morrow et Darveaux basées sur l'énergie. En plus des options disponibles pour les déformations inélastiques ou l'énergie dissipée, les modèles de fatigue peuvent également être modifiés par l'utilisateur afin d'exploiter des expressions spécifiques de déformation ou d'énergie dans l'étude de fatigue.

Il est possible d'utiliser la règle de Neuber et la méthode de Hoffmann-Seeger pour avoir une approximation de l'effet de la plasticité à partir d'une simulation élastique linéaire. Avec le module Nonlinear Structural Materials, il est possible de simuler un cycle complet de fatigue élastoplastique.

Pour calculer le risque de rupture par fatigue dans les assemblages multicorps et les rotors, le module Fatigue peut être combiné avec le module Multibody Dynamics et le module Rotordynamics, respectivement.