Модуль усталости, дополнение к модулю структурной механики, используется для проведения анализа усталости в среде COMSOL Multiphysics®, когда конструкции подвергаются многократной загрузке и разгрузке. Эти анализы могут быть смоделированы в твердых телах, пластинах, оболочках, многотелесных системах, приложениях, связанных с тепловым напряжением и деформацией, и даже пьезоэлектрических устройствах.
Возможности модуля усталости включают, но не ограничиваются, классическими моделями напряжения и деформации, а также напряжения и срока службы деформации, которые подходят для оценки режимов усталости высокого цикла (HCF) и усталости низкого цикла (LCF). Модуль усталости также можно комбинировать с другими модулями в наборе продуктов COMSOL® для дальнейшего расширения его мультифизических возможностей, таких как моделирование теплового расширения или полной эластопластической усталости.

Определение циклов нагрузки для определения модели усталости
Прежде чем проводить анализ усталости, вам необходимо определить, какая модель усталости точно отражает ваш случай. Вы можете знать, какую модель усталости использовать, основываясь на предыдущих знаниях из предыдущих случаев. Если нет, вы можете выбрать модель, основанную на условиях загрузки и ожидаемом отказе от усталости. Вообще говоря, циклы нагрузки можно разделить на следующие случаи: пропорциональные, непропорциональные и переменные амплитудные нагрузки.
При пропорциональной нагрузке ориентация основных напряжений и деформаций не меняется во время цикла нагрузки; для HCF используется модель напряжений-срок, а для LCF - модель деформаций-срой. Для непропорциональной нагрузки направления основных напряжений и деформаций различаются: для HCF используется модель на основе напряжений, а для LCF используется модель на основе деформации. В некоторых случаях одного только напряжения или деформации недостаточно для характеристики усталостных свойств, и в этом случае можно использовать энергетические модели.
Для нагрузки с переменной амплитудой, где нет постоянного цикла, учитывается вся история нагрузки (или достаточно репрезентативная часть), в этом случае вы бы использовали модель кумулятивной усталости повреждения. Наконец, существует вариант случайного моделирования усталости вибрации, который использует нагрузку на спектральную плотность мощности (PSD) в качестве входных данных.

Проведение анализа усталости в COMSOL Multiphysics®
После того, как вы определили тип цикла нагрузки и определили подходящую модель усталости, вы готовы настроить и запустить анализ усталости в COMSOL Multiphysics®. В качестве входного сигнала модуль усталости берет результаты анализа структурной механики, где были рассчитаны напряжения и деформации. Результаты, на которых основана оценка усталости, могут быть получены из следующих типов анализов:

• Канцтовары
• Загрузить кейсы
• Параметрические подметания
• Зависимая от времени
• Область частот
• Случайная вибрация

Результаты вашего анализа усталости зависят от выбранной модели усталости. Они будут либо прогнозом на протяжении всего времени с точки зрения количества циклов до усталости, либо коэффициентом использования, который скажет вам, насколько близок данный цикл нагрузки к пределу усталости. Анализ на основе энергии даст прогноз на срок службы и плотность энергии рассеянной усталости.