FE-SAFE疲劳分析ABAQUS知识讲解

一、SIMILIA FE-SAFE介绍Fe-safe 是世界上最先进的高级疲劳耐久性分析软件，是基于有限元模型的疲劳寿命分析软件包。

由英国 Safe Technology 公司开发和维护。

2013年被Dassault Systemes收购，作为达索Simulia品牌下的疲劳耐久性分析软件系统。

Safe Technology是设计和开发耐久性分析软件的技术领导者，在软件开发过程中，进行了大量材料和实际结构件的试验验证。

在多轴疲劳耐久性分析产品和服务中，Fe-safe 是旗舰性的产品。

新版本中，引入了超过100项功能的改进，保持了最高级耐久性分析软件的领军地位，分析速度有了显著的提高，并且添加了很多新特征和一些独特的功能，使功能更强大。

用户界面的改进，使得 Fe-safe 更容易使用。

二、SIMILIA FE-SAFE模块介绍:1. SIMULIA fe-safe(基础疲劳分析包):工业行业给制造商施加越来越大的压力，要求其使用更少的材料，提供轻量级但更强劲的组件，降低维护成本和召回成本，用更少的时间。

许多公司使用先进的有限元分析计算设计压力，但疲劳分析往往仍然通过电子表格分析方式，人工采集的应力。

由于非常容易错过失效位置，这种方式耗时和不可靠的。

实验室中针对原型机的结构组件疲劳测试亦非常的耗时。

如果原型机过早失效，则一种昂贵的、设计-测试-再设计的开放式循环是必要的。

项目时间节点和交付就会延迟。

采用fe-safe作为用户设计过程的集成组件，可以使用户具备:--优化设计，采用更少的材料;--减少产品召回和保修成本;--优化和验证设计和测试项目;--在单一用户界面，提高相关性测试和分析;--减少原型样机测试时间;--缩短分析时间，从而减少人工时间;--增加用户信心，用户产品设计一次性通过测试时间表。

fe-safe帮助用户解决一下问题:(1)结构组件的疲劳寿命;(2)裂纹扩展与否;(3)材料的优化，哪些材料可以保留，哪些额外的材料需要添加;(4)设计的可靠性;(5)哪些载荷引起疲劳损伤;(6)导致疲劳裂纹的原因是什么?fe-safe在交通工具、石油管道、车辆工程、能源、重型机械等各工业行业都有相关的应用，相关案例如:1、某样机后纵臂链接焊点的疲劳分析2、管道架悬挂组件的疲劳分析3、柴油机活塞的疲劳裂纹4、某型增压器扭转隔离器弹簧的疲劳分析2. SIMULIA Fe-safe/Composites(复合材料疲劳分析包)是用来评估复合材料疲劳分析的软件包。

使用abaqus.odb文件在Fe-safe中进行疲劳分析简介疲劳是金属材料的一种常见的力学失效形式，具有许多实际应用，包括机械、电子、航空和汽车工业等。

为了预测材料在不同载荷循环次数下的性能，需要进行疲劳分析。

本文将介绍如何使用Fe-safe软件中的abaqus.odb文件进行疲劳分析。

什么是abaqus.odb文件？abaqus.odb文件是ABAQUS求解器输出的结果文件，主要包含了ABAQUS模拟运行期间的所有结果信息。

它记录了模拟过程中的位移、应力、应变等物理量，并且可以通过后处理软件进行数据的分析和可视化。

因此，abaqus.odb文件是进行疲劳分析的重要数据来源。

Fe-safe简介Fe-safe软件是实现金属材料疲劳分析的专业工具，它可以预测金属材料受到不同载荷循环次数的损伤和疲劳寿命。

Fe-safe使用先进的算法，将位移、应力、应变等物理量与材料疲劳特性相结合，提供高度精确的材料疲劳寿命预测。

将abaqus.odb文件导入Fe-safe在进行abaqus.odb文件的疲劳分析之前，我们需要将abaqus.odb文件导入Fe-safe软件中。

下面是具体的步骤：1.打开Fe-safe软件，在主菜单中选择“Import –> From ABAQUS ODB”。

2.在弹出的对话框中，选择要导入的abaqus.odb文件。

3.配置导入选项，包括变量、节点、元素和加载等参数。

4.点击“导入”按钮，等待文件导入完成。

5.在“材料”面板中选择要分析的材料类型，并设置材料特性参数。

6.在“载荷”面板中定义载荷历程，并设置载荷参数。

7.在“分析”面板中设置分析类型（是疲劳寿命预测还是损伤预测）、分析结果类型等参数。

8.点击“运行”按钮，开始进行疲劳分析。

疲劳分析结果可视化在进行疲劳分析之后，我们需要对结果进行可视化，以便更好地理解和分析。

Fe-safe提供了多种可视化方法，包括：周期疲劳分析周期疲劳分析可以显示材料在不同载荷循环次数下的应力和应变等物理量。

FE-SAFE使用Abaqus的fil文件进行疲劳运算（一）FE-SAFE是一款高级疲劳耐久性分析和信号处理的软件，它是多轴疲劳分析解决方案的领导者，算法先进，功能全面细致，是世界公认精度最高的疲劳分析软件之一。

本文将通过一个实例（Tutorial 105），介绍使用Abaqus的fil文件进行疲劳运算的过程。

准备阶段：启动fe-safe之后，首先需要设置工作目录。

同时，我们需要对上次所留下的数据进行清理，点击Tools>>Clear Data and Settings…，选中所有的选项，点击OK，数据清理完成。

设置工作路径清除遗留数据接下来导入有限元模型，本算例选用在下拉菜单File/Open Finite Element Model …导入keyhole.fil（fe-safe自带）。

接着弹出Loaded FEA Models Proterties，用户可以在这个对话框设置分析的单位。

导入有限元模型设置分析的单位本算例是双轴疲劳分析问题，使用Scale和Combine加载进行疲劳分析。

以下是具体的设置步骤：Step1 定义加载在Loaded Data Files窗口中右键点击Open Data File(s)，选择test_mcg2.amc （fe-safe自带）文件，打开后可以在Loaded Data Files窗口中查看，是一个包含两个载荷信号的数据文件。

载荷信号的数据接下来是创建A LOAD *dataset。

如图所示的顺序。

创建A LOAD *dataset的顺序同样对Dataset 2进行类似操作，选中第二个数据集Unit X Load；选中第二个信号fe-safe tutorial scaler #2。

这是有限元结果和载荷信号文件Combine的一个过程。

分析内容的设置Step 2定义group双击Subgroup表头，选中Whole group。

Step 3定义表面粗糙度双击Surface Finish表头，对话框下选中Select surface finish from list，Definition File选中default.kt，Surface finish选择Mirror Polished - Ra<=0.25μm，点击OK完成。

FE-SAFE疲劳计算软件（16章）第一章：FE SAFE概述FE SAFE是一专用疲劳计算处理器，采用先进的单/双轴疲劳算法，允许计算弹性或弹塑性载荷历程，综合多种影响因素（如平均应力、应力集中、缺口敏感性、初始应力、表面光洁度、表面加工性质等），按照累积损伤理论和雨流计数，根据各种应力或应变进行疲劳寿命和耐久性分析，广泛用于各类金属、非金属以及合金材料。

FE SAFE具有丰富的材料数据库，可进行载荷的组合，高级多轴疲劳分析。

可快速研究温度效应、表面打磨影响、切口敏感性、几何变化效应、材料特性变化效应和不同载荷组合历史的影响。

第二章：FE SAFE应用方法利用应力—寿命曲线进行单轴分析—Goodman、Gerber平均应力修正；利用应变—寿命曲线进行单轴分析—Morrow、Smith-Watson-T opper平均应力修正；利用局部应力—应变法进行多轴疲劳分析，可分别考虑最大剪应变（适用于延展性好的材料）、最大正应变（适用于脆性材料）、Brown-Miller组合剪应变及法向应变（适用于绝大多数金属材料），多轴Neuber准则计算循环中构件产生屈服引起的弹塑性应力应变，使用Miner累积损伤理论计算疲劳寿命；利用BS7608标准的应力—寿命数据进行焊接结构疲劳分析；还提供对铸铁专门疲劳分析；第三章：载荷的定义1、载荷的组合方式（1）载荷的一个时间历程可以应用于一组FEA应力。

它能有效地处理弹性应力结果和弹塑性应力结果。

可以迭加多轴加载的时间历程，从而在模型每个位置产生一个应力张量复杂的时间历程；（2）一系列FEA应力，如一般的瞬态分析结果等；（3）上述两项的组合；（4）常幅值循环块组成的块数据载荷的分析。

2、载荷数据文件格式支持的数据文件格式：标准的二进制DAC文件（*.dac）；多通道AMC文件（*.amc）；ASCII单、多通道数据文件（*.txt，*.asc）；3、载荷历程在疲劳分析中，应用较多的是常幅值载荷历程，即：有限元数据集中每个应力张量×常幅时间历程循环。

fe-safe™致力于搭建起现代疲劳分析技术与企业研发设计人员之间的桥梁23RedesignDesignFEAABAQUS, ANSYS I-DEAS,NASTRAN, Pro/EresultsLife contoursStresses at morethan 1 million pointsresultsRedesignLifecontoursLives at morethan 1 millionpoints4resultsRedesignLifecontours5fe-safe不仅识别出裂纹位置，同时预测出裂纹萌生寿命fe-safe 不仅仅是基于FEA的疲劳耐久性分析软件…6达到目标寿命结构应力应该如何调节用于确78•Dang Van 图结果数据…•每一个节点最大应力值•最大应力/屈服应力•最大应力/ 拉伸强度•Haigh 图，Smith 图•应力分量，主应力，主应变时间历程…fe-safe™加载方式910111213fe-safe™加载方式8.复杂载荷序列用于模拟试验样机测试过程无载荷块（blocks）个数限制14fe-safe™加载方式9.其他加载考虑残余应力高、低频载荷的叠加断续接触条件旋转对称结构15fe-safe™概率计算16fe-safe™概率计算•目标寿命的失效概率。

•失效概率与可靠性。

•每个目标寿命下的失效概率云图和存活率云图•载荷遵循Gaussian分布。

•材料强度遵循Weibull分布。

17给定寿命下，载荷正态分布与材料Weibull分布的交集即结构的失效概率。

1819铸铁疲劳202122铸铁模块考虑…•不对称应力-应变响应•损伤的非线性累积•(需要额外的材料属性)23实测应变片数据多轴疲劳分析242526fe-safe计算并输出指定节点应力应变数据•fe-safe使用有限元模型进行分析的同时，用户可以指定特定节点的应变输出，用于模拟实际应变片的输出。

•对于该节点，同时可以指定应变输出的方向。

FE-Safe在某车架垂直弯曲疲劳分析中的应用本文利用安世亚太公司的疲劳分析软件FE-Safe对某车架结构的垂直弯曲疲劳进行了分析计算，再现了该车架在垂直弯曲疲劳试验中出现的问题，提出解决方案。

同时利用试验结果进行对比校核，验证了本文分析的可信度。

1 前言产品的疲劳寿命是现代设计的一个重要指标。

随着市场竞争的日趋激烈，产品的寿命对用户来说显得愈来愈重要。

与传统的静强度设计方法相比，疲劳寿命设计需要了解产品的使用环境，应用现代疲劳理论，并结合试验验证，以确保所需要的设计寿命。

目前，在产品设计中已大量使用计算机仿真技术，其中的有限元法已经成为一种不可缺少的分析工具。

根据有限元获得的应力应变结果进行进一步的疲劳寿命设计已经在一些重要的工业领域（如汽车、航空航天和机器制造等）得到广泛应用。

与基于试验的传统方法相比，有限元疲劳仿真能够提供零部件表面的疲劳寿命分布，可以在设计阶段判断零部件的疲劳寿命薄弱位置，通过修改设计可以预先避免不合理的寿命分布。

因此，它能够减少试验样机的数量，缩短产品的开发周期，进而降低开发成本，提高市场竞争力。

本文利用安世亚太公司的疲劳分析软件FE-Safe对某车架结构的垂直弯曲疲劳进行了分析计算，再现了该车架在垂直弯曲疲劳试验中出现的问题，提出解决方案。

同时利用试验结果进行对比校核，验证了本文分析的可信度。

2 车架有限元模型的建立根据车架垂直弯曲疲劳分析与试验的公司内标准，建立光车架有限元分析模型。

2.1 结构离散化根据车架结构的特点，用薄板单元对其进行有限元网格划分，部分铸件用实体单元模拟，螺栓和铆钉连接用刚性元结合梁元来模拟。

有限元模型共划分单元约16万个，节点约12万个。

图2-1为车架有限元网格模型图。

图2-1 车架有限元网格模型图2.2 材料参数车架材料为DFL590，计算时取弹性模量E=210Gpa，泊凇比μ=0.3，UPS=345Mpa。

材料的S-N曲线如图2-2所示。

FE-SAFE使用Abaqus的fil文件进行疲劳运算（一）(2014-09-16 14:56:19)转载▼标签：杂谈FE-SAFE是一款高级疲劳耐久性分析和信号处理的软件，它是多轴疲劳分析解决方案的领导者，算法先进，功能全面细致，是世界公认精度最高的疲劳分析软件之一。

本文将通过一个实例（Tutorial 105），介绍使用Abaqus的fil文件进行疲劳运算的过程。

准备阶段：启动fe-safe之后，首先需要设置工作目录。

同时，我们需要对上次所留下的数据进行清理，点击Tools >>Clear Data and Settings…，选中所有的选项，点击OK，数据清理完成。

接下来导入有限元模型，本算例选用在下拉菜单File/ Open Finite Element Model …导入keyhole.fil （fe-safe自带）。

接着弹出Loaded FEA Models Proterties，用户可以在这个对话框设置分析的单位。

本算例是双轴疲劳分析问题，使用Scale和Combine加载进行疲劳分析。

以下是具体的设置步骤：Step1 定义加载在Loaded Data Files窗口中右键点击Open Data File(s)，选择test_mcg2.amc（fe-safe自带）文件，打开后可以在Loaded Data Files窗口中查看，是一个包含两个载荷信号的数据文件。

接下来是创建A LOAD *dataset。

如图所示的顺序。

同样对Dataset 2进行类似操作，选中第二个数据集Unit X Load；选中第二个信号fe-safe tutorial scaler #2。

这是有限元结果和载荷信号文件Combine的一个过程。

Step 2定义group双击Subgroup表头，选中Whole group。

Step 3定义表面粗糙度双击Surface Finish表头，对话框下选中Select surface finish from list，Definition File选中default.kt，Surface finish选择Mirror Polished - Ra<=0.25μm，点击OK完成。

Fe-safe疲劳分析功能详细介绍SIMULIA FE-SAFE可定义载荷时间历程，用于处理一组有限元分析结果。

SIMULIA FE-SAFE能有效处理FEA分析的弹性应力结果和弹塑性应力结果，可组合多个载荷的时间历程。

迭加多轴加载的时间历程，从而在模型的每个位置上都产生各个应力张量的复杂的时间历程。

SIMULIA FE-SAFE可进行序列工况的疲劳分析，数据集序列可以是一个瞬态分析的结果，也可以通过一系列离散事件来生成。

如对发动机曲轴不同转角下的多个求解结果进行疲劳分析。

SIMULIA FE-SAFE可对复杂的块数据载荷进行分析，对于每个载荷条件，生成载荷的有限元结果数据集循环块。

SIMULIA FE-SAFE 可对载荷历程和序列载荷进行组合使用。

SIMULIA FE-SAFE可定义载荷文件，其中可包含一系列载荷块，每一载荷块又可定义一系列的载荷历程或序列载荷数据的组合。

序列载荷数据是由于结构承受随时间变化载荷而引起的应力变化数据。

SIMULIA FE-SAFE可利用应力-寿命曲线、应变-寿命曲线，并可使用局部应力-应变法进行单轴和多轴疲劳分析。

同时可以使用多种平均应力修正方法，也可采用用户定义的平均应力修正。

具有很强的基于局部应力－应变技术的高级多轴疲劳分析功能，自动识别疲劳“热点”；对于运动部件，可针对给定的设计寿命，给出三维安全系数云图，显示疲劳寿命的设计余量。

多轴Neuber准则用来计算循环中构件产生屈服引起的弹塑性应力应变。

对于应力历程中的每一事件，利用材料记忆算法重新计算双轴条件下的循环应力－应变曲线。

对多向载荷，在载荷历程上节点的主应力方向不断变化，因而临界平面的法向也在不断变化，在每个面上，剪切应变或正应变都采用雨流计数法，计算每个循环的疲劳损伤，使用Miner准则来计算节点的疲劳寿命，所有面上的最短疲劳寿命作为节点的疲劳寿命。

⏹利用应力－寿命曲线进行单轴分析－Goodman、Gerber平均应力修正。

FE-SAFE使用Abaqus的ODB文件进行疲劳运算（二）在上一篇博文《FE-SAFE使用Abaqus的fil文件进行疲劳运算》中，已经对于FE-SAFE的运算流程简单进行了介绍。

本文将通过一个实例（Tutorial 106），介绍使用Abaqus的ODB文件进行疲劳运算的过程。

由于两者有很多相似的操作，本实例有些省略的部分，请参照上篇文章。

准备阶段：本算例导入的有限元模型文件是keyhole612.odb（fe-safe自带）。

这个最好是根据用户电脑中ABAQUS版本来进行选择。

接着弹出的Select Datasets to Read 窗口中，选择如图，Apply 确定。

Loaded FEA Models Proterties，用户可以在这个对话框设置分析的单位。

导入有限元模型本算例是双轴疲劳分析问题，使用Scale（区别于前文）加载进行疲劳分析。

同时使用在疲劳计算过程中引入FOS因子，计算初步得到的寿命会跟设定的设计寿命进行比较：如果计算寿命低于设计寿命，则每个节点的弹性应力就会已比1小的数值进行缩放；如果计算寿命高于设计寿命，则每个节点的弹性应力就会已比1大的数值进行缩放。

接下来是疲劳分析的设置步骤：Step1 定义加载本例子中我们用Scale的加载方式。

在Fatigue from FEA对话框，选择Loading Settings标签，右键点击选择Clear all loadings，先进行清理；在Current FE Models窗口中，分别选中第一个数据集Unit Y Load：Dataset 1：(1.1)S：Stress和第二个数据集Unit XLoad：Dataset 2：(2.1)S：Stress，在Fatigue from FEA对话框，选择Loading Settings标签下，点击Add，Dataset；右键点击Add后的模型树，点击Scale，输入10000。

这样就完成了加载。

fe-safe软件基础培训资料01第一天培训内容1.基本概念掌握下述基本概念：1.1. 疲劳结构在动载荷作用下，形成裂纹或完全断裂的过程。

构件作用动载荷有如下形式：恒幅循环载荷、变幅循环载荷、随机载荷等。

以下述正旋波载荷为例，有下述定义载荷范围：ΔS=S max-S min；载荷幅：Sa=（S max-S min）/2；平均载荷：Sm=（S max+S min）/2；载荷比：R=S min/S max1.2. 疲劳寿命构件在动载荷作用下，产生疲劳裂纹或疲劳断裂所需的载荷历程长度值，实际工程中可以用载荷循环次数、载荷作用时间、部件工作里程等来度量。

又称为Life或endurance limit （循环次数）。

1.3. 寿命曲线构件在不同载荷幅作用下，有不同的疲劳寿命。

描述结构的载荷幅-疲劳寿命的关系曲线称为寿命曲线（如下左图示）。

一般有应力（幅）-寿命、应变（幅）-寿命曲线。

应力（幅）-寿命曲线常表示成log10S a-log10N的关系曲线（如下由图示）。

1.4. 耐劳极限幅值（Endurance Limit Amplitude ）当作用的载荷幅低于某容许值时，构件不会产生疲劳破坏，将该容许值称为构件的耐劳极限幅值（如右上图示）。

对钢材，以1E7为失效循环允许的载荷施加次数，对应有一个耐劳极限幅值。

1.5. 损伤构件的载荷循环次数与其允许循环次数的比值，称为损伤。

一般地，损伤值为1意味着构件失效。

在右图中，假设某构件在载荷幅P 1的允许循环次数为N 1（即经过N1次循环就会破坏），若构件已经历了n 1次P 1作用循环，则产生的损伤可定义为：11N n damage1.6. 可靠性指规定寿命下构件在材料属性、载荷等随机变化时的失效概率或存活概率。

1.7. 无限寿命设计对于极其重要的零件设计，一般控制应力S ，使其小于无限寿命（N f =1e6）对应的耐劳极限S f ，该种疲劳设计方法称为无限寿命设计。

fe-safe软件基础培训资料02第二天培训内容1.Fe-safe有限元分析流程演示讲解一个有限元模型的疲劳分析计算流程，主要内容包括有限元结果读入、载荷历程定义、材料定义、算法指定、结果输出与查看等内容。

1.1. 实例图示为在其中心位置开有一圆孔的薄板，薄板一端固定，另一端承受在1个工作循环内承受P=50Mpa、-50Mpa、50Mpa交替变化的动压力，试用ANSYS+fe-safe软件计算：（1）该薄板能工作多少次循环？（2）若要使该薄板经过10E7次循环不破坏，则载荷应如何进行比例缩放？已知参数为：薄板长L=1m、高H=0.5m、厚T=0.005m、圆孔半径R=0.13m、拉应力P=50MPa；薄板为钢材，其材料牌号为SAE-950C-Manten，弹性模量E=2.03×1011Pa、泊松比ν=0.3、密度ρ=7850kg/m3。

分析步骤1：先在ANSYS环境，施加50Mpa载荷作一个静力分析；见文件fatigue01.txt。

分析步骤2：在fe-safe环境，打开有限元模型（file.rst）、定义载荷历程比例数据为：1、-1、1，指定材料（SAE-950C-Manten）、算法（Brown-Miller/finite life/morrow）、结果输出(指定fos输出)等后进行相关计算。

计算结果：最大主应力为222Mpa；最小寿命对数为6.412（寿命为2.58E6个循环）；规定寿命下的载荷因子为0.85。

见下图图1 薄板受力示意图薄板主应力计算结果薄板疲劳寿命计算结果薄板强度因子(FOS)计算结果2.学员练习从上述计算过程可以看出，在fe-safe中进行有限元模型的疲劳分析要涉及如下工作内容：读入有限元计算结果；指定载荷历程；指定模型材料、指定其它分析选项等。

具体内容将在后续讲解。

3.软件功能与界面3.1. 模块介绍含fe-safe（含safe4fatigue）、safe4fatigue、fe-safe/TMF、fe-safe/TURBOlife、VerityTM in fe-safe等模块。