Aggiornamenti del Fatigue Module
Agli utenti del Fatigue Module, COMSOL Multiphysics® versione 5.2a offre il nuovo modello di Dang-Van, studiato per la modellazione rapida e accurata di carichi da compressione, della fatica da contatto, della fatica subcorticale e della scheggiatura. Diversi modelli tutorial nuovi ed ampliati dimostrano le applicazioni di questa nuova funzione. Gli aggiornamenti del Fatigue Module sono descritti nei dettagli qui di seguito.Modellazione della fatica subcorticale
La famiglia dei modelli di fatica stress-based è stata ampliata con l'inclusione del modello di Dang-Van. Questo nuovo modello predice la risposta a fatica basandosi sullo sforzo idrostatico grazie alla sua sensibilità ai carichi di compressione. Il modello di Dang-Van è quindi adatto per valutare i carichi di compressione e per la fatica da contatto. Questo modello può predire lo sviluppo di fatica subsuperficiale prima della scheggiatura che si osserva, ad esempio, in applicazioni come cuscinetti e guide.
La fatica subsuperficiale di un materiale dalla superficie incrudita, valutato sulla base del modello di Dang-Van.
Il modello di Dang-Van può essere usato in 1D, 2D e 3D. Tuttavia, quando si modella la fatica subsuperficiale, le valutazioni su domini 3D risultano essere più adatte. Questo tipo di analisi a fatica può richiedere molto tempo, dato che le tensioni più alte si verificano solitamente a 10-100 micrometri sotto la superficie, e una soluzione accurata richiede una discretizzazione importante nello spessore. Inoltre, se il carico di contatto viene trasferito lungo superfici curve, sarà necessaria una mesh fitta lungo le due dimensioni della superficie. Tuttavia, è possibile parallelizzare facilmente il calcolo e ridurre il tempo di analisi grazie al calcolo su più processori.
Percorso della Application Library con esempi che illustrano la modellazione della fatica subcorticale e il modello di Dang-Van:
Fatigue_Module/Stress_Based/standing_contact_fatigue
Fatigue_Module/Stress_Based/shaft_with_fillet
Fatigue_Module/Stress_Based/linear_guide
Parametrizzazione dei modelli di fatica
Gran parte delle opzioni di impostazione dei modelli di fatica è parametrizzabile. Ciò significa che è possibile usare parametri e variabili nelle impostazioni del modello e se ne può valutare l'influenza in uno studio parametrico. Non possono essere parametrizzate solo due opzioni: Number of mean value bins e Number of range bins nella funzione Cumulative Damage.
Percorso della Application Library con un esempio che illustra l'utilizzo della parametrizzazione in un modello di fatica:
Fatigue_Module/Stress_Life/bracket_fatigue
Uno studio parametrico del fattore di sforzo utilizzato per modificare la curva SN per le diverse condizioni ambientali e produttive.
Nuovo tutorial: Standing Contact Fatigue
Il test di fatica da contatto statico è una procedura che verifica la fessurazione dello strato subsuperficiale. In questo test, un oggetto sferico comprime il materiale da testare, alternando carichi ad alta e bassa compressione. Non si verifica alcun movimento traslazionale tra i due oggetti.
Dopo un certo tempo, si possono osservare fessurazioni sulla superficie dell'oggetto piatto, mentre un'ulteriore analisi del componente rivela altre fessurazioni a livello subsuperficiale. La superficie è originariamente temprata e questo cambia le proprietà del materiale della superficie rispetto al resto dell'oggetto. Questa procedura superficiale influenza la resistenza del materiale e le proprietà di fatica dell'oggetto e introduce altresì tensioni residue per tutta la profondità dell'oggetto.
Si possono osservare tre distinti strati di materiale nel campione interessato. Nella zona più vicina alla superficie, l'esemplare presenta uno strato resistente, mentre nella parte più profonda le proprietà del materiale sono inalterate. Tra questi strati ve n'è uno di transizione con forti gradienti nelle proprietà del materiale e della tensione residua. Tutti questi effetti sono considerati nella simulazione del ciclo di carico e nella valutazione del comportamento a fatica.
In questo esempio, la fatica è simulata utilizzando il modello di Dang-Van. I risultati mostrano le tensioni risultanti da una combinazione dello stato residuo dal processo di tempratura e della risposta strutturale alla deformazione plastica derivante dalla rientranza dell'oggetto sferico. La plasticità si verifica solo durante il primo ciclo di carico, mentre i cicli successivi sono di natura elastica. Il secondo ciclo di carico può quindi essere considerato un ciclo stabile e viene utilizzato nel successivo studio della fatica.
Percorso della Application Library con il tutorial di esempio che illustra la fatica da contatto statico:
Fatigue_Module/Stress_Based/standing_contact_fatigue
La tensione efficace nella zona più superficiale del materiale. Le tensioni più alte si trovano appena sotto la superficie. Vi è anche una tensione locale massima all'interfaccia tra lo strato di transizione e le zone più profonde.
Nuovo tutorial: Rolling Contact Fatigue in a Linear Guide
Quando si carica una guida lineare oltre il limite specificato dal produttore, la preoccupazione maggiore è che i carichi di contatto possano introdurre la scheggiatura per fatica. In questo studio, è stata analizzata l'intera guida ed è stato individuato il carico di contatto più dannoso che potrebbe verificarsi. Poiché la scheggiatura è causata da una cricca da fatica subsuperficiale, viene eseguita una valutazione della fatica con il modello di Dang-Van.
La valutazione della fatica di un carico con contatto mobile su una superficie curva richiede una mesh controllata. Le dimensioni degli elementi devono essere abbastanza piccole per risolvere correttamente la pressione di contatto sulla superficie. Dato che si sta analizzando un contatto di rotolamento, la pressione di contatto varia lungo tutta la superficie, quindi l'intera area di contatto è composta da elementi piccoli. Inoltre, le sollecitazioni al taglio maggiori in un'analisi di contatto si trovano a livello subsuperficiale, pertanto è necessaria anche una mesh fitta per tutta la profondità del modello.
Questo modello mostra una tecnica adatta a risolvere questo tipo di problemi.
Percorso della Application Library con un esempio che illustra la fatica da contatto di rotolamento in una guida lineare:
Fatigue_Module/Stress_Based/linear_guide
La mesh utilizzata nella simulazione di una guida lineare sottoposta a fatica da contatto di rotolamento.
Tutorial aggiornato: Fatigue Analysis of a Non-Proportionally Loaded Shaft with a Fillet
Questo modello tutorial è stato ampliato con la predizione a fatica sulla base del modello di Dang-Van. I risultati dei tre modelli stress-based, Findley, Matake e Dang-Van, vengono quindi confrontati e le differenze sono descritte nella documentazione.
Percorso della Application Library con il tutorial aggiornato:
Fatigue_Module/Stress_Based/shaft_with_fillet
Tutorial aggiornato: Bracket — Fatigue Evaluation
La valutazione della fatica del modello tutorial di una staffa è stata ampliata con uno studio parametrico. L'estensione introdotta mostra, passo dopo passo, come eseguire uno studio parametrico dell'analisi di fatica, un buon punto di partenza per imparare a usare questa funzione.
Percorso della Application Library con il tutorial della staffa aggiornato:
Fatigue_Module/Stress_Life/bracket_fatigue