FKM inside ANSYS for ANSYS18.0新功能

1.FKM inside ANSYS概述

FKM（《Analytical Strength Assessmentof  Components in Mechanical Engineering》）规范由德国机械工程研究委员会组织编写，用于对钢和铝材料的焊接和非焊接构件的静强度及疲劳问题进行评估，评估过程中考虑了大多数对构件强度（静态和动态）产生影响的因素（表面状况、残余应力、结构细节等），使用利用度作为评估结果。

WB-FKM/WB-FKM-Weld工具包是德国CADFEM公司基于FKM规范的基础上，在ANSYS WB内开发的针对结构母材及焊缝进行静强度和疲劳强度评估的工具包。该工具包的最大优势是：基于ANSYS计算模型的模型信息，在图形用户界面定义相关设置（材料及载荷组合），基于有限元分析结果，自动嵌入FKM规范要求的静强度计算和疲劳强度计算流程和方法，自动将应力结果和相关物理量传递给工具包，采用名义应力和局部应力两种方法，在WB内计算并显示静强度安全系数和疲劳强度安全裕度。该工具包无须手动预先选择评估的热点区域，可以自动计算模型中的每个节点，从而允许工程师确定关键热点区域，从而能节省材料。

2. FKM inside ANSYS for ANSYS 18.0新功能介绍

   FKM inside ANSYS for ANSYS18.0新增了针对实体焊缝的分析功能，简介如下：

2.1 WB/FKM‐Weld Version 18.0支持的ANSYS版本：

  à ANSYS V17.2

  à ANSYS V18.0

2.2支持的焊线类型：

1、所有的焊接部位为一个body,未单独建立焊缝     

2、所有的焊接部件为独立的body,采用接触进行装配，未单独建立焊缝

 3、所有的焊接部位为一个body,建立焊缝 

 4、所有的焊接部件为独立的body,采用接触进行装配，建立焊缝

2.3 分析过程

1、基于WB完成有限元应力计算：因评估插件是内嵌于ANSYS WB中，采用结构应力计算的结果，所以在采用插件评估前需完成结构应力计算。

2、基础数据准备：材料库及应力谱定义

   1）材料库：FKM inside ANSYS插件的材料库包含了规范内已有的材料及相关参数，用户可以针对材料库内已有材料数据进行编辑修改，也可新增其他材料数据。材料库属性区分母材及焊缝材料参数。

 2）载荷谱库：疲劳评估中针对Miner elementary以及Miner consequent方法要定义应力谱。

3、插入FKM评估节点：区分母体及焊缝，其中焊缝又包含壳体及实体焊缝分析。

4、参数设置：插入评估节点后，根据静强度及疲劳强度评估设置相关参数

  1）局部参数定义：选择焊缝，分别定义静强度评估及疲劳强度评估焊缝属性，包括材料、温度属性、结构属性及安全因子等。  

  2）载荷工况定义：集成ANSYS Workbench工况，同时可以针对已有工况进行组合创建虚拟工况，基于所选择的工况进行评估。

 3）全局参数定义：包括评估设置，疲劳评估方法，过载类型及一些计算设置

5、求解及后处理：执行静强度或疲劳强度评估，可视化查看强度评估结果。 

6、生成计算报告：自动生成强度分析报告，包括输入参数及计算结果数据。

3.价值总结

      1)    FKM规范是德国机械标准协会根据机械产品在实际工程中的应用情况，统计出来的关于极限强度和疲劳强度的使用规则，在欧洲多个工业领域（例如轨道交通、风机、通用机械及能源等领域）已得到大范围的应用

     2)    FKM规范考虑了机械产品各个方面的影响因素，对于非焊接结构，FKM标准考虑了构件材料、表面粗糙度、表面处理情况、残余应力情况、载荷情况等影响因素；对于焊接结构，FKM标准考虑了构件材料、焊接接头细分类别（FAT值）、表面处理情况、残余应力情况、载荷情况等影响因素。FKM标准提供了常见的表面处理方法，并针对这些方法给出了表面处理因子的上、下限

     3)    FKM规范同时采用名义应力法和局部应力法两种方式对机械部件进行评估，通过计算出结构的静强度及疲劳强度的安全系数，保证产品的可靠性及安全性

     4)    WB-FKM/WB-FKM-WELD工具包基于有限元分析结果，自动嵌入FKM规范要求的静强度计算和疲劳强度计算流程和方法，将ANSYS计算应力结果和相关物理量传递给工具包，在ANSYS Workbench内计算并显示评估的静强度及疲劳强度利用度

     5)    WB-FKM/WB-FKM-WELD工具包构建了FKM规范中的图形化的材料库（包含了FKM规范中的所有材料）及在载荷库，相关参数可进行编辑修改，并可以设置载荷组合

    6）基于WB-FKM/WB-FKM-WELD工具包用户无须手动预先选择评估的热点区域，可以自动计算模型中的每个节点，从而允许工程师确定关键热点区域，计算分析得到静强度及疲劳强度的利用度，节省材料