基于nCode虚拟应变片的结构疲劳寿命评估

       结构疲劳验证手段有多种，常见的有有限元仿和试验验证，结构在承受循环载荷作用下，关键区域焊缝疲劳寿命评估尤为重要。目前焊缝疲劳寿命评估方法有多种，最为通用的是有限元法，此方法需要区分不同焊接型式接头以及S-N曲线，对于新材料无法及时获取焊接接头S-N曲线，这严重制约产品疲劳评估。这里可以借助nCode软件的虚拟应变片，可以有效解决无实际S-N曲线的情况下对焊接结构进行疲劳寿命评估。

物 理 应 变 片

应变片是利用试验方法来评估一个物体承受载荷或产生应变的电阻装置。在电阻传感器中，以欧姆为单位测得的阻抗（R）是随材料和几何形状而变化的。对于一种恒定电阻率的材料而言，其阻抗随着物体长度的增加而增加，随横截面的增加而减小。物体在承受机械载荷机械载荷时阻抗发生变化，应变与加载物体的力学性能有关。物体在受力过程中长度变化量（ΔL）和物体原始长度（L）之比。

下图是工程常用的两种应变片，单向应变片和直角应变花。

如果测点某一方向应变远大于其余方向时，可使用单向应变片，单向应变片测量数据为一组时间-应变曲线，如图所示。

实际产品结构复杂，多数情况下承受拉伸、压缩、弯曲、扭转等其中两种及以上组合载荷，对于无法确定应力方向的测量位置，可以选择直角应变花测量，直角应变花测量结果为三组时间-应变曲线，利用nCode软件的Strain Rosette模块可以换算出测点主应力。

虚 拟 应 变 片

已知测点位置结构疲劳强度值，可以用nCode软件提供了4种虚拟应变片（见图），结合标准S-N曲线，测量出应力范围，对比测量应力范围和疲劳强度就可以评估结构疲劳寿命。

虚拟应变使用需要提前进行强度计算，输出op2文件或odb文件，再在ncode中进行后续处理，处理用到虚拟应变模块，流程如图所示

首先点击软件功能区的虚拟应变图标，在FEInput模块中添加应变片，操作如下

打开虚拟应变设置界面，点击Add

进入应变片设置界面，各参数代表的意思如下：

Gauge ID：应变片编号

Type：应变片类型，如单向应变片，三向应变花

Location：定位应变片位置，可以通过点击Pick选择网格单元来确定应变片详细布置位置

Orientation：定义应变片方向，可以通过两个节点定义方向，也可以通过向量定义方向。

定义好的应变片显式如下

设置好应变片后可以在virtualstraingauge模块设置材料和S-N曲线进行计算。

示 例

单向拉压平板，平板中部为对接焊缝，在焊缝焊趾出布置虚拟应变，验证和常规仿真输出的应力范围值是否相同。

在焊缝附件布置单向应变片，如下图所示。

一端固定，一端施加一个横幅循环载荷

可以输出应变片位置网格应力范围值，输出结果为应变值，需要乘以弹性模量转换成应力，约为39.438MPa。

下面通过SNAnasis模块计算，可以看到相同网格处的应力范围值为40MPa

以上结果表明虚拟应变方法可以准确评估结构疲劳，此方法在仿真和试验对标方面有使用价值，同时可以避免缺少S-N而无法评估结构，你可以试试不同的S-N曲线输出结果误差。