作者 Michael Hack

准确预测强度和耐久性的能力是一项底线要求，特别是在开发载有重型电池组的电动汽车时，它会改变质量分布，产生不同的载荷。

让我们跟随亚历山德拉 (Alessandra) 的足迹，她成功通过了最终的工程考试，得以加入一家制造电动汽车的酷炫初创企业。和亚历山德拉一样，作为一名工程师，您总是在寻找拥有有效预期寿命的强韧组件，但您深知要平衡这一目标，必须兼顾材料的成本和重量。

在平衡多方因素的过程中，需处理各种来源的大量数据，那么，您知道如何将所有这些数据集于一体吗？尽管采集了大量信息，但您或许并不知晓哪种疲劳分析方法对您的情况适用。

在大学里，亚历山德拉曾经用过一些有限元工具，但它们都未涉及耐久性，很多时候，她感觉做物理测试带来的结果只不过就是把手弄脏了而已。在这里，她的心中存有一个大大的疑问：“我到底在哪里可以真正了解到这些内容？”或许您会发现自己正处于与她相同的境况。

访问西门子网站时，她发现了一个在线研讨会系列 — 主要探讨汽车应用中的强度和耐久性问题。她应该重点看哪一场呢？我们先来看看有待了解的内容：

您是否真正了解目标结构？

测试结果通常是应力值，显示为输入载荷、几何体和材料数据后创建的彩色图像。这对强度和疲劳意味着什么呢？如果还包括疲劳方法，最终结果是否综合考量了作用在结构上的所有影响因素？

适用于设计优化和虚拟产品验证的 CAE 疲劳分析方法

载荷和事件作用于整个结构的方式与其作用于单个组件的方式大不相同。即使您已经进行了长时的分析过程，您也可能需要了解哪些事件和载荷会导致损伤。

您是否陷入了一个错综复杂的过程？

事实上，这类分析往往既复杂又耗时，并且还不太准确。

工程师通常要面对与强度和耐久性分析相关的三大挑战：了解载荷、了解特定应力和应变以及材料特性。现在我们来逐一了解这些挑战：

有多个载荷作用在汽车上。每个车轮都受到路面的独立激励，这意味着每个结构点都存在多轴载荷的情况。同时，还必须兼顾其他外部影响，例如温度和氧化。为了执行一项分析，您需要了解载荷情况，那么您要如何获取这方面的信息？您知道如何测量吗？

输入纯粹测量的载荷相当比较容易，但真正需要的是分析这些载荷如何作用在您的结构上。

要了解疲劳，有必要了解结构中的应力和应变。如何获取从道路上测量或仿真的载荷和局部部件几何体的载荷到影响结构的应力和应变等数据信息？

疲劳几乎总是与安全缺口有关，您有必要知道它的现状。车辆中存在多轴载荷情况，而就安全缺口来说，可能存在单轴、双轴或多轴应力状态。这类安全缺口的严重程度如何，它们会造成哪些影响？此外，您的结构上也可能存在塑性非线性作用 – 您知道它们是什么吗？

通常而言，查看数据库，即可知晓基材的疲劳特性。但是，这种材料在进入汽车之前必定会经过制造流程，而在这期间产生的载荷会影响到基本疲劳特性。组装过程中的表面精加工或焊接会产生残余应力。这会影响到材料特性，这意味着您输入到疲劳分析中的数据需要补充完整。您可以开展实验，但您的实验能否充分考虑所有影响因素？

有趣的是，对增材制造和铸造的研究表明，您在数据库中查到的属性通常在高应力区域表现出相当大的安全边界，正是在这些位置，制造流程和制造商的经验会对这些属性产生有利的影响。因此，在局部层面，您会看到材料特性比在分析中输入的全局因子预期数据要好很多。

好消息是，用对工具和流程，就能够充分了解结构内发生的事件及其发生原因。您还可以了解有关测试过程的更多详情，然后进行设计优化。您甚至可以升级整个开发系统。

本场在线研讨会阐明了如何将强度和耐久性分析拆解为简单几步，在局部层面调查所有内容，以便您准确了解结构内发生的事件及其重要性。这将有利于打造更高的精度、更好的组件和优化型结构。

如果您想参照亚历山德拉采取的后续步骤，请阅读这篇博客文章“适用于任何应用案例的轻松强度和疲劳分析：有效评估组件的强度”，从中发现 Simcenter 3D 软件新增功能的优势。