表面損傷

疲労は表面現象であるため、構造物の表面のみで損傷を評価するのが一般的です。

損傷は、ソリッド要素でモデル化された構造物の表面で評価されます。構造物の表面損傷を評価するために、2つのオプションが用意されています。表面損傷の計算は、多軸疲労解析が実行される際に自動的にオンになります。

膜応力の使用

FATPARMで要求されると、OptiStructは、表面損傷を評価するために構造物の表面に膜要素を自動的に作成します。ユーザーが手動で作成したスキン要素とは異なり、OptiStructで自動的に作成された膜要素は、構造物に剛性を加えません。膜要素は、表面上の節点の変位に起因する膜応力を計算する場合にのみ使用されます。

内部に形成された膜要素の法線方向(z軸)は内向きであり、法線方向は構造物の内部に向かっていることを意味します。膜要素の局所x軸は材料座標系で決定され、デフォルトでは回転角が0.0です。PARAM,OMID,NOでは、膜要素の局所x軸は要素座標系によって決定されます。

単軸EN疲労解析では、フックの法則を用いて局所z面上の局所z方向のひずみテンソル成分を計算します。多軸EN疲労では、多軸疲労における塑性モデルはひずみ成分を考慮しています。

ソリッド要素に2つ以上の自由面が見つかった場合、すべての自由面が評価されます。報告されたソリッド要素の損傷値に対して、全ての自由面の損傷値のうち最悪の損傷値がソリッド要素に代入されます。

膜要素はユーザー定義のソリューションシーケンスの剛性マトリックスには含まれていないため、非線形材料を含む非線形解析を伴う疲労解析では、このオプションを使用することはできません。OptiStructはこのような場合エラーを出します。そのため、非線形解析による疲労解析は、材料が線形の場合にのみ、膜応力でサポートされます。

膜疲労法は、線形静解析、非線形静解析(線形材料のみ)、線形過渡解析、ランダム応答解析、および周波数応答解析による疲労解析で使用できます。SN疲労とEN疲労についてサポートされています。

節点の使用

FATPARMで要求されると、OptiStructは節点応力を用いて、構造物の表面上の損傷を計算します。節点応力は、面応力を得るために仮想面に投影されます。面応力は、損傷計算に使用されます。仮想面の法線方向は、節点に結合された自由面の平均法線方向です。法線方向は、仮想面の局所z軸です。局所x軸は、基本座標系のz軸と局所z軸の外積です。基本座標系のz軸が局所z軸と平行な場合、局所x軸が基本座標系のx軸となります。局所y軸は、局所z軸と局所x軸の外積です。

非線形解析によるEN疲労解析では、節点応力と共に節点ひずみが使用されます。面応力に対応するひずみが得られるように、節点ひずみが仮想面に投影されます。
注: 局所z面上の局所z方向のひずみテンソル成分は、0ではありません。
節点が複数の材料で共有されている場合は、OptiStructはタイブレーカーを用いて以下の順番でSN曲線、EN曲線、Tfl/HSSのいずれかを選択して使用します。
  1. UTSが最小である材料。
  2. SN / EN曲線調整前のSRI1(SN)またはS'f(EN)が最小である材料。
  3. ヤング率が最小である材料。
  4. MATFAT IDが最大である材料。

節点応力疲労法は、線形静解析、線形動解析、および非線形静解析による疲労解析で使用できます。SN、EN、およびFOSについてサポートされています。疑似損傷は、節点応力ベースの損傷には対応していません。節点応力ベースの疲労は、溶接疲労、はんだ疲労、過渡疲労、疑似損傷解析には対応していません。

入力

SURFSTSフィールドは、FATPARMバルクデータのサブキーワードSTRESSの後に、表面応力のMBRN(膜応力)またはGP(節点応力)に設定することができます。膜応力は、節点応力が選択されない限り、多軸疲労解析においてデフォルトで計算されます。

出力

追加的な出力リクエストは必要ありません。要素セットのDamage/Life/FOS出力は、表面損傷を自動的に出力します。膜応力が選択されると、膜応力による損傷が最も大きいものが元のソリッド要素に割り当てられます。節点応力が選択されると、表面節点の損傷が出力されます。