案例分享 | 富世华集团：用 MSC Nastran 嵌入式疲劳软件大幅提高结果精度

高效优化的耐久性分析技术在富世华集团的应用

在计算机辅助工程领域，耐久性分析因其对预测产品使用寿命、提高客户体验和满意度的巨大价值而变得至关重要。突出其中心地位的是耐久性分析中材料的疲劳寿命预测，这一过程向我们揭示产品在实际使用场景中可能经历的寿命极限。富世华集团，作为户外动力产品的全球领导者，充分认识到这一体系的重要性，将其嵌入整体工程流程中，以精益化优化为核心，采用了MSC软件的Nastran嵌入式疲劳（NEF）软件为自身创新设计平台的核心要素。

动力与概念

二冲程发动机驱动下的电锯或手持式动力切割机等产品的设计和功能性，依赖于其背后的振动原理——发动机的运作操控着整个机电系统的动态表现，并由此产生关键的应力反应，促成耐久性分析不可或缺的模拟操作。耐久性的深入理解——尤其是对疲劳应力的评估——需要在产品投产前进行细致的评估，以此确保产品结构强度、操作员体验以及最终安全性。

优化流程的挑战与改进

传统疲劳分析流程具有显而易见的局限性，包括提议的多个阶段：定义有限元模型，结构振动分析，生成庞大且难以存贮的结果文件，以及后续的数据导入和解码，最后是关键信息的后期处理。这个过程不仅仅是时间耗费，更是资源的大量占用。通过MSC Nastran与Adams软件的集成，富世华得以触及优化的精准度与效率，有效地管理了这一繁琐的流程。

不断演进的技术与功能




随着MSC Nastran中插件——NEF（嵌入式疲劳）的推出，富世华迎来了一次耐久性分析流程的全面革新。NEF流程的核心是避免了传统方法中大量需要导出、导入的二进制结果文件，显著提升了分析的整体效率。目前在曲轴箱的例子中，持续优化后的NEF流程可以包含250,000个壳体单元、200个冲程、30,000个输出步，并将最终生成的过程文件体积控制在50MB，对比之下，传统流程需要生成包含相同单元的250,000个壳体单元，但只有一个冲程，产生40GB庞大的结果文件。

真实性与数字化镜像

尽管基于现有模拟能揭示基本的疲劳公式与震动特性的规律，建立的模型仍存在一些理想化和简化的地方，如假定温度均匀性、简化附件模型，这些都可能使待计算突变频率偏离实际值。为了改善此类限制带来的影响，我们采取实现实际寿命试验中的模拟和通过古德曼修正调整应力范围的方式，这些操作旨在细化模拟结果与实际情况的一致性。这种方法能够进一步强化仿真过程的准确性，并且，通过对数据的真实校准，能够提供精准的SN曲线预测材料会在具体场合下的疲劳寿命。

现代化后的收获

优化后的ONSF技术性改良，实现了大幅缩减数据生成与存储的需求，改善了数据处理和传输的效率。这一改进技术让更多的仿真工程师能够更加高效地投入到高端耐久性分析中，丰富了优化迭代策略，使设计能够更好地适应实际使用条件。以高硬度材料的受限或者不稳定的外力下，对专业动力切割机的疲劳耐久性和潜在裂隙的评估为例，在利用NEF解析进行全面的250个冲程分析，140个脉冲结构力施加及60,000个应力输出步之后，结果展现出了高度的精确性与均一性。