OS-HM-T:6030 シーム溶接疲労解析(FPM)、S-N法

チュートリアルレベル：中級この手法は、薄いメタルシートに適用可能なホットスポット応力アプローチです。

開始する前に、このチュートリアルで使用するファイルを作業ディレクトリにコピーします。

ホットスポット応力は溶接線における節点力から計算されます。この方式は、1.0～3.0mmのシート厚に対し、ラボでのテスト結果と十分な一致を示しています。通常、この方式では、2つのS-N曲線が必要です。1つは曲げ応力による曲げS-N曲線で、もう1つは面内応力による面内S-N曲線です。

本チュートリアルでフレームには、縦方向の曲げに加え、前方および後方ねじり荷重がかかっています。シーム溶接は、フレームを形成するセクション間にモデル化されています。
図 1. 自動車のフレーム


シーム（フィレット）溶接位置で生じる損傷を計算することができます。ソルバーデックのセットアップは、Process Managerを用いて行います。以下の内容がカバーされます：
  • Fatigue Process Managerの起動
  • モデルの読み込み
  • 疲労サブケースの生成
  • 疲労解析パラメータの定義
  • 疲労要素とS-Nプロパティの定義
  • 荷重時刻歴と荷重順序の定義
  • ジョブのサブミット
  • 結果サマリーの確認とポスト処理のためのHyperViewの起動

Altair HyperWorks / HyperMeshとProcess Managerの起動

本演習に使用されるモデルは、に示すような自動車のフレームのモデルです。femファイルには、フレームが受ける3つの静的荷重ステップFrontal torsion、Rear torsionおよびVertical bendingです。

  1. 起動メニューからAltair HyperWorksを起動します。
    New Sessionダイアログが開きます。
  2. HyperMeshラジオボタンを選択し、プロファイルをOptiStructに設定し、Create Sessionボタンをクリックします。
  3. Templatesリボンから、Analyzeメニューを選択し、Fatigue PMを選択します。
  4. New Session Nameに<my_session_name>と入力します。
  5. Working Folderに自身の作業フォルダーを選択します。
  6. Createをクリックします。
    これで、現在ロードされている疲労プロセステンプレートの内容を保存するための新しいファイルが生成されます。
    図 2. 疲労のセットアップ – シーム溶接


Import the Model

  1. Make sure the task Import File is selected in the Fatigue Analysis tree.
  2. For the Model file type, select OptiStruct.
  3. Click the Open model file icon files_panel.
    A Select File browser window opens.
  4. Select the SeamWeld_frame.fem file you saved to your working directory and click Open.
  5. Click Import.
    This loads the control arm model. It includes a whole definition of two static subcases, elements sets, and material static properties, etc.
  6. Click Apply.
    This guides you to the next task Fatigue Subcase of the Fatigue Analysis tree.
    図 3. Import a Finite Element Model file


モデルのセットアップ

Create a Fatigue Subcase

  1. Make sure the task Fatigue Subcase is selected in the Fatigue Analysis tree.
  2. In the Create new fatigue subcase field, enter Fatigue_3LCs_SeamWeld.
  3. Click Create.
  4. For the Select existing fatigue subcase field, select the newly created fatigue subcase Fatigue_3LCs_SeamWeld.
    Fatigue_3LCs_SeamWeld is selected as the active fatigue subcase. Definitions in the following processes (analysis parameters, fatigue elements and properties, loading sequences, etc.) will be for this subcase.
  5. Optionally, you can choose to create all fatigue solver cards (such as FATPARM, FATDEF, FATEVNT, PFAT etc. that are created in subsequent steps) in a separate include file. For this, you should select the check box Create include file for fatigue solver cards (optional).
  6. Click Apply.
    This saves the current definitions and guides you to the next task Analysis Parameters of the Fatigue Analysis tree.
    図 4. Create and Select Active Fatigue Subcase to Process


Apply Fatigue Analysis Parameters

  1. Make sure the task Analysis Parameters is selected in the Fatigue Analysis tree.
  2. Select the following options:
    Analysis type
    S-N
    Stress combination method
    Signed von Mises
    FEA model unit
    MPA
    Mean stress correction
    GERBER
    Rainflow type
    LOAD
  3. Enter the following values:
    Certainty of survival
    0.5
    Gate
    0.0
  4. Check the box for Seam Weld Options. Select the follow options from the dialog.
    METHOD
    VOLVO
    Mean Stress Correction
    FKM
    Certainty of survival
    1e-9
    THCKCORR
    YES
  5. Click Apply.
    This saves the current definitions and guides you to the next task Elements and Materials of the Fatigue Analysis tree. For details, consult the Altair HyperWorks 2025 help.
    図 5. Fatigue Analysis Parameters Definition


疲労要素と材料の追加

Fatigue AnalysisツリーでタスクElements and Materialsが選択されていることを確認します。

  1. Add Materialをクリックします。
    Material Dataウィンドウが開きます。
  2. Material名にSteelを選択します。
  3. Stress unitがMPAにセットされていることを確認します。
  4. Ultimate tensile strength (UTS)に、600と入力します。
  5. Seam Weld Material Propertiesをアクティブ化し、Seam Weld Material Propertiesをクリックします。
    図 6. 材料データ定義


  6. Mean Stress Sensitivity、MSS2、Structural SN Curve、およびBending SNとMembrane SNのカーブ材料値に、材料値を入力します。
    図 7. Seam Weld Material Propertiesダイアログ


  7. OKをクリックします。
  8. Saveをクリックします。
  9. Add Propertyをクリックします。
    図 8. Property Dataダイアログ


  10. Property Typeにを選択します。
  11. Closeをクリックし、選択された要素へのSNデータ定義を保存します。

Define FATSEAM Load Collector

  1. Click Create next to FATSEAM.
    A FATSEAM Entity Editor dialog opens.
  2. For Name, enter FATSEAM.
  3. For Card Image, select FATSEAM.
  4. Set WTYPE to FILLET.
  5. Set NUM_FATSEAM_PSHELL_PIDS to 1.
  6. Click <Unspecified> field next to PID and select property1 for PID.
    property1 is the property ID of the seam weld component.

  7. Click Close.
    This saves the current definitions and guides you to the next task Load-Time History of the Fatigue Analysis tree.

Define PFATSMW Property

This saves the current definitions and guides you to the next task Load-Time History of the Fatigue Analysis tree.

  1. Click Create button next to PFATSMW.
    A PFATSMW Entity Editor dialog opens.
  2. For Name, enter PFATSMW_7.
  3. For Card Image, select PFATSMW.
  4. Set BRATIO to 0.6.
  5. Set TREF to 1.1.
  6. Set TREF_N to 0.1.
    図 9. PFATSMW Dialog


  7. Click Close.

Update FATDEF Load Collector

  1. Click on Update button next to FATDEF.
    A FATDEF Entity Editor opens.
  2. Make sure the FATSEAM option is checked.
  3. For PFATSMWID, click on <Unspecified> field.
  4. From property selector, select the property PFATSMW_7.
    図 10.


  5. Click Close to close the FATDEF dialog.
  6. Click Close button to close the Property Data dialog.

荷重時刻歴の適用

  1. Fatigue AnalysisツリーでタスクLoad-Time Historyが選択されていることを確認します。
  2. Add by Fileをクリックします。
    Load Time Historyウィンドウが表示されます。
  3. Load-time history名にLTH1と入力します。
  4. Load-time historyタイプにCSVを選択します。
  5. Open load-time fileアイコンfiles_panelをクリックします。
    Open fileブラウザウィンドウが開きます。
  6. load1.csvを探して選択します。
  7. Open > Importをクリックします。
  8. Saveをクリックし、新しい荷重-時間履歴をHyperMeshデータベースに書き込みます。
    図 11. 荷重-時間履歴の読み込み


  9. もう１つの荷重-時間履歴LTH2を load2.csvを読み込んで生成します。
  10. Plot L-Tをクリックし、荷重-時間履歴を表示させます。
  11. Load Time Historyウィンドウを閉じます。
  12. Applyをクリックします。
    これで現在の定義が保存され、Fatigue Analysisツリーの次のタスクLoading Sequencesに導かれます。
    図 12. 荷重時刻歴の定義


荷重順序

このステップでは、2つの荷重時刻歴の1つのイベントが生成されます。言い換えれば、2つの荷重時刻歴で生じる応力の線形の重ね合わせが、解析の間に要求されたことになります。このイベントを用いて、1つの荷重順序が構成されます。
  1. Fatigue AnalysisツリーでタスクLoading Sequencesが選択されていることを確認します。
  2. Addをクリックします。
    Loading Mappingウィンドウが開きます。
  3. ラジオボタンManualを有効にし、イベントの作成法はデフォルトのSingle Eventのままとします。
  4. +をクリックし、3つのサブケース、2つのチャンネルのシングルイベントを作成します。
  5. 新しく作成したイベントのSubcasesの下に、3つのサブケース（Front Torsional Stiffness、Rear Torsional Stiffness、Vertical Bending Stiffness）をドラッグ、ドロップしてください。
  6. 2 つのチャンネル（LTH1とLTH2）を 3つのサブケースにドラッグ、ドロップすると、下図のような荷重順序が作成されます。
  7. 最初のサブケース（Front Torsional Stiffness）にLTH1を、他の2つのサブケース（Rear Torsional StiffnessとVertical Bending Stiffness）にLTH2をドロップします。
  8. 3つのケースともLDMを0.1、Scaleを0.6に設定します。
    図 13. 荷重-時刻歴を静的サブケースと関連付けするための荷重マッピング


  9. Saveをクリックしてウィンドウを閉じ、選択されたサブケースとチャンネルを用いて疲労イベントを作成します。
    図 14. 荷重順序の定義


ジョブのサブミット

Fatigue Analysisツリーの中でSubmit Analysisタスクが選択されていることを確認します。

  1. Analysisページからパネルに入ります。
  2. input file欄に続くsave asをクリックします。
    Save Asダイアログが開きます。
  3. File nameに名称seamweld_frame_fat.femを入力します。
  4. Saveを2回クリックします。
  5. Run Optionにanalysisを選択します。
  6. Submitをクリックします。
    これでOptiStructが起動し、疲労解析が実行されます。
    ジョブが成功した場合、OptiStructモデルファイルが書かれたディレクトリに新しい結果ファイルがあるはずです。そのディレクトリに書かれるデフォルトのファイルは:
    seamweld_frame_fat.h3d
    静解析の結果と疲労解析の結果の両方の Hyper 3D バイナリ結果ファイル。
    seamweld_frame_fat.out
    ファイルのセットアップ、疲労問題のセットアップ、計算時間の情報などを含むOptiStruct出力ファイル。ワーニングやエラーもこのファイルで確認します。
    seamweld_frame_fat.stat
    解析のプロセスの間のそれぞれのステップでのCPU情報を提供する、解析のプロセスの要約。
    図 15. 疲労解析のサブミット


    図 16.


結果のポスト処理

  1. Fatigue AnalysisツリーでタスクPost-processingが選択されていることを確認します。
    前のサブミットの後、疲労解析が正常に終了すると、自動的にこのタスクに入ります。
  2. FatigueサブケースにSelect Subcaseが選択されていることを確実にします。
  3. Result TypeとData Componentに、コンター表示したいデータをドロップダウンメニューから選択します。
  4. Load H3D Results (HV)をクリックします。
    これでHyperViewが起動し、seamweld_frame_fat.h3d結果ファイルが読み込まれます。これは、選択された結果タイプとコンポーネントについて、結果のコンターを適用します。より詳細な結果については、HyperViewを使用することができます。
  5. Exitをクリックし、Fatigue Process Managerをアンロードします。
    図 17. ポスト処理


    図 18. HyperViewでのダメージコンター