用于計算結(jié)構(gòu)的疲勞以及疲勞破壞的方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N用于計算結(jié)構(gòu)的疲勞以及疲勞破壞的方法。本發(fā)明涉及用于虛擬地預測結(jié)構(gòu)的耐久性性能從而能夠優(yōu)化該耐久性性能的方法。在第一步驟，通過一系列計算點對該結(jié)構(gòu)進行建模。然后針對每個點確定由載荷循環(huán)所引起的應力及應變。然后，預測并存儲由于載荷循環(huán)而引起的累積損傷。為了預測，首先使用滯后算子作為載荷隨時間變化的函數(shù)計算應力沿著滯后分支的一部分的變化，其次使用應力的變化以及所存儲的累積損傷，計算損傷的變化。然后基于這些屬性的變化來計算應力及應變的進一步的變化，以確定新的適合的滯后分支。然后，作為載荷隨時間進一步變化的函數(shù)計算應力沿著適合的滯后分支的另外的部分的進一步的變化。最后相應地制造該結(jié)構(gòu)。
【專利說明】用于計算結(jié)構(gòu)的疲勞以及疲勞破壞的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及預測結(jié)構(gòu)的耐久性性能以及疲勞特性的領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于輕質(zhì)材料允許使用較少的生態(tài)足跡來提供具有優(yōu)越機械屬性的產(chǎn)品，交通 運輸、風能及機械行業(yè)的制造商越來越多地使用輕質(zhì)材料。尤其是在交通運輸（汽車、航 空……）中，大量采用輕質(zhì)設計材料（例如復合材料）將會是滿足日益嚴格的二氧化碳排 放標準的唯一可行的路徑。然而目前，在工業(yè)設計及開發(fā)過程中大規(guī)模使用輕質(zhì)材料受限 于缺乏預測性的建模工具來預測輕質(zhì)材料結(jié)構(gòu)的宏觀特性。如果可以基于虛擬模型做出較 好的機械預測，則可以基于虛擬模擬（而不是基于最新的且昂貴的物理測試）來優(yōu)化產(chǎn)品。
[0003] 復合材料通?？梢猿惺芏鄠€載荷循環(huán)（即，具有好的疲勞特性）。但是，甚至改變 部件的剛度的第一破壞性事件發(fā)生地相當早并且發(fā)生在相當小的載荷循環(huán)下。對于產(chǎn)品設 計工程師來說，這意味著他們不能設計出具有"完全不會發(fā)生疲勞破壞"的要求的產(chǎn)品，因 為這將導致典型的結(jié)構(gòu)的超裕度設計。反之，工程師希望能夠預測整個生命周期的疲勞特 性-包括剛度的變化，以及不同的破壞機制的交叉影響。通過在產(chǎn)品設計確定方法中使用 對疲勞特性的更好的理解，將可以實現(xiàn)更好、更輕且更經(jīng)濟的設計。
[0004] 例如，在汽車應用中，對疲勞載荷的分解和合成在過去的幾十年中已大大地改進。 針對當前由金屬制造的汽車，正在使用成熟的虛擬設計優(yōu)化方法，這使得汽車制造商能夠 按需定制他們的汽車以足以滿足實際使用，并且能夠量身打造他們的汽車以滿足不同的市 場的要求，同時確保避免超裕度設計。這涉及針對不同的道路施加完全可變的載荷的復雜 的載荷安排。反之，對于復合材料來說，還沒有成熟的工具來實際預測產(chǎn)品性能。這意味著 在設計過程的較后階段需要昂貴的物理測試方法來檢查/確認復合材料設計是否滿足要 求。
[0005] 要解決的問題是適當引進新的虛擬方法以預測復合材料結(jié)構(gòu)的耐久性并且將該 新的方法包括在可以用于預測并優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)的耐久性性能的數(shù)值設備或工具集中。創(chuàng)新 方法以及相關(guān)工具集的實用性將使企業(yè)能夠改進他們用于其輕質(zhì)產(chǎn)品的設計方法，以較低 的成本實現(xiàn)較好的產(chǎn)品質(zhì)量。此成功的方法的必備要素是：
[0006] ?在模型中記入累進損傷的能力，S卩，預測復合材料中的損傷隨時間的演化并且在 模擬模型中記錄實際損傷狀態(tài)的能力。
[0007] ?考慮到實際損傷時，預測每個時刻的損傷累積（必須預測朝向下一個步驟的損 傷演化）的能力。這需要預測模型中的每個點處的損傷的增加（dD/dN)的所謂的"滯后算 子"方法。
[0008] ?記入可變的循環(huán)載荷的影響的能力。這樣的時變載荷是在運行（例如，在汽車或 航天結(jié)構(gòu)或者風力渦輪機中）經(jīng)歷中的結(jié)構(gòu)，所以必須將時變載荷設計成能承受此運行經(jīng) 歷。可變幅值載荷經(jīng)常由作為塊載荷的簡化的信號來代替，這是由于簡化的信號簡化了所 建立的模擬和測試。但是如果在設計過程中只使用塊載荷（即，隨著時間的推移恒定的載 荷），則這不足以確保結(jié)構(gòu)在其生命周期期間可以承受實際的負載。此外，在這些情況中，將 與輕質(zhì)設計的范例相矛盾的大的安全因素增加至設計中。因此，疲勞的模擬不得不也記入 可變循環(huán)載荷的影響。
[0009] 有限元（FE)分析（FEA)是眾所周知的用于對機械結(jié)構(gòu)進行建模的數(shù)值技術(shù)。模 型包括多個小且簡單的"元"。每個這樣的元定義相當簡單的機械問題，例如其中以許多集 成或計算點的形式計算機械方程的板狀結(jié)構(gòu)。在建立數(shù)值FEA模型之后，可以建立包括彼 此相關(guān)的大量的簡單的"元"問題的完整結(jié)構(gòu)的矩陣方程。解此方程使得能夠基于許多小 的元問題的解決方案來近似結(jié)構(gòu)的機械特性。要說明的是，本技術(shù)的狀態(tài)是基于對機械FE 模型的疲勞預測。FEA的典型結(jié)果是基于結(jié)構(gòu)的FE模型機械預測結(jié)構(gòu)中的應力及應變。 [0010] 已知的一個技術(shù)是使用SN曲線以及線性損傷累積用于金屬結(jié)構(gòu)的疲勞預測。SN 曲線將在發(fā)生疲勞破壞之前（即材料損壞之前）施加至材料的應力或載荷循環(huán)的幅值表示 成循環(huán)量的函數(shù)。填入SN曲線的數(shù)據(jù)通常通過測試獲得，S卩，從材料的簡單的標準化樣本 中獲得（即，所謂的"樣本測試"）。針對所選擇的載荷方向（例如，縱向載荷或橫向載荷） 得出SN曲線。使用雨流計數(shù)方法，可以將復雜的載荷循環(huán)分成一組具有不同幅值的簡單的 載荷循環(huán)。使用這些幅值，可以然后根據(jù)SN曲線得出破壞之前的循環(huán)數(shù)目。
[0011] 因此，使用SN曲線預測破壞可以處理可變幅值載荷，但是不能將多軸的情況考慮 其中。另外的缺點是，不可以考慮累進損傷的影響，以及因此不可以考慮結(jié)構(gòu)中的剛度的減 小和應力的重新分布。這意味著基于雨流的方法只可以解決其中在應力與應變之間存在固 定關(guān)系的情況下的應力-應變特性及損傷累積，并且相同的應力-應變總是產(chǎn)生相同的損 傷。
[0012] 因此，針對復合材料結(jié)構(gòu)使用SN曲線非常受限。對于可變幅值載荷來說非常典型 的是，完成最大載荷循環(huán)（其對破壞作出最大貢獻）耗費相當長的時間，這是由于其內(nèi)部存 在許多嵌套循環(huán)。在這種情況下，當載荷循環(huán)（如在雨流方法中）那樣被完成時，只考慮循 環(huán)的方法可能不再是合理的。
[0013] 傳統(tǒng)的疲勞損傷累積使用雨流計數(shù)以及線性邁因納-帕姆格林 (Miner-Palmgren)損傷累積。在復合材料的情況下，由于損傷影響被連接至應力-應變滯 后回線或分支，所以疲勞特性由于若干不同的破壞機制而隨時間變化。這些回線通常彼此 嵌套，以使得在一個大的回線閉合之前可以存在在其中打開并閉合的許多小的回線。所以 非常典型的是，完成最大載荷循環(huán)（其對破壞作出最大貢獻）耗費相當長的時間，這是由于 其內(nèi)部存在許多嵌套循環(huán)。在這種情況下，當載荷循環(huán)如在雨流方法中那樣被完成時，只考 慮循環(huán)的方法可能不再是合理的。
[0014] 在''Brokate, M ;Dressler, K ;Krejci, P: Rainflow counting and energy dissipation in elastoplasticity, Eur. J. Mech. A/Solidsl5, · 705-737 (1996) " 中提出了 用于損傷累積的方法，該方法可以考慮由于外部變化（例如，溫度）所造成的疲勞及材料特 性的變化。該方法使用兩個滯后算子一一個用于應力-應變特性并且一個用于損傷特性。 使用這些具有固定的應力-應變特性的算子以及基于SN曲線的損傷演化，將導致如之前提 及的雨流方法及基于SN曲線的方法那樣的相同的特性。
[0015] 在 "Nagode, M. &Hack, M.，The damage operator approach, creep fatigue and visco-plastic modelling in thermo-mechanical fatigue, SAE International Journal of Materials&Manufacturing, 4(1)，632-637. doi :10. 4271/2011-01-0485,（2011) " 中，此 方法被擴展至其中應力-應變特性及損傷特性取決于改變應力-應變特性和損傷特性二者 的外部作用（溫度）。即使此現(xiàn)有技術(shù)能夠記入外部參數(shù)，但是其仍然不能記入如用于復合 材料的特性（其中，應力-應變特性及損傷也取決于累積至某點的損傷）。
[0016] 在相關(guān)技術(shù)應用"Van Paepegem，W. development and finite element implementation of a damage model for fatigue of fiber reinforced polymers, Ph. D. thesis, Department of Material Science and Engineering, Ghent university, 2002. "中，公開了用于使用N-Jump算法模擬累進損傷以及復合材料疲勞模擬 的方法。以刻意選擇的間隔使用完整的有限元分析來計算損傷累積及應力重新分布。計算 并進一步推算相應的循環(huán)中的材料的剛度的降低。此方法的缺點是其只可應用于大載荷并 且因此不可以用于可變幅值載荷。
[0017] 本發(fā)明的目的是克服上面所提及的相關(guān)技術(shù)中的缺點。
[0018] 由于本發(fā)明也可適用于由其他材料制成的結(jié)構(gòu)，所以本申請不意圖將本發(fā)明的范 圍唯一地限制成復合材料結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明也適用于具有下述屬性的彈性體材料或者任 何其他材料：在結(jié)構(gòu)由于疲勞破壞而損壞之前，損傷會由于載荷循環(huán)在材料中累積。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 因此，本申請在第一方面涉及根據(jù)權(quán)利要求1的方法。
[0020] 優(yōu)點是，由于使用滯后算子并且考慮到在載荷循環(huán)的完整的幅值之間的時間步的 事實，所以可以考慮嵌套回線循環(huán)以及多個具有可變幅值的載荷循環(huán)。
[0021] 優(yōu)點是，由于考慮到材料屬性的變化的事實，所以可以預測針對長的載荷循環(huán)的 疲勞破壞。例如，這些長的載荷循環(huán)在虛擬耐久性測試追蹤模擬中不表示短的距離，而可以 在虛擬測試追蹤模擬中表示數(shù)千公里。因此，預測將會更精確并且與現(xiàn)實世界中的情況相 對應。
[0022] 另外的優(yōu)點是，由于考慮到所累積的損傷以及因此材料特性的變化的事實，所以 精確地模擬應力的局部重新分布，并且因此，疲勞破壞的預測更精確。
[0023] 由于對疲勞的更精確的模擬，本發(fā)明的另外的優(yōu)點是需要復合材料結(jié)構(gòu)的較少的 超裕度設計。這導致了針對結(jié)構(gòu)的耐久性和性能要求的給定的集合的較輕的結(jié)構(gòu)。
[0024] 根據(jù)第一方面的實施方式，方法還包括根據(jù)屬性的變化將復合材料結(jié)構(gòu)的模型更 新至更新后的模型，并且，針對每個計算點確定由載荷循環(huán)引起的新的應力及應變，所述新 的應力及應變限定滯后回線。
[0025] 由于復合材料結(jié)構(gòu)的模型被更新并且計算點中的應力及應變被重新計算的事實， 所以本發(fā)明的優(yōu)點是，考慮了應力的全局重新分布以及貫穿復合材料結(jié)構(gòu)的剛度的減小或 增加。
[0026] 本發(fā)明的第二方面由根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0027] 在第三方面，本發(fā)明由根據(jù)權(quán)利要求11的軟件程序產(chǎn)品來實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 根據(jù)下面的描述以及附圖將會更好的理解本發(fā)明，在附圖中：
[0029] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的優(yōu)選實施方式；
[0030] 圖2示出了附接至墻壁的梁作為承受外力或載荷的復合材料結(jié)構(gòu)的示例；
[0031] 圖3示出了作為時間的函數(shù)的載荷的變化；
[0032] 圖4示出了具有嵌套回線循環(huán)的滯后回線；
[0033] 圖5示出了作為相對載荷循環(huán)的函數(shù)的復合材料的相對剛度；
[0034] 圖6示出了滯后曲線的變化；
[0035] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的另外的實施方式；以及
[0036] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的系統(tǒng)的實施方式。

【具體實施方式】
[0037] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實施方式的方法的若干步驟。通過此方 法，可以預測復合材料結(jié)構(gòu)的耐久性性能。換言之，可以預測復合材料結(jié)構(gòu)在其由于疲勞破 壞而損壞之前將能夠承受多少載荷循環(huán)。
[0038] 在第一步（1)中，獲得其耐久性性能將被預測的復合材料結(jié)構(gòu)的模型。在此第一 步中，通過一系列包括一個或更多個計算點的元對該結(jié)構(gòu)完成建模。這可以是有限元（FE) 模型。如在技術(shù)中眾所周知的那樣，這樣的模型將結(jié)構(gòu)劃分成一系列簡單的元并且通過簡 單的方程描述結(jié)構(gòu)的每個元之間的交互，反之，當要考慮作為整體的結(jié)構(gòu)時，必需要對一組 復雜的偏微分方程進行求解。此模型通常包括結(jié)構(gòu)的幾何屬性以及將結(jié)構(gòu)分成一系列這些 簡單的元的方法。緊接著，例如，模型還包括外力怎樣對結(jié)構(gòu)起作用，并且進一步包括結(jié)構(gòu) 的材料屬性，例如結(jié)構(gòu)的剛度。在圖1中，此模型被表示為標稱FE模型以指示此模型是在 方法的開始處所使用的初始模型。
[0039] 圖2中示出了此結(jié)構(gòu)的說明性示例，其中，梁結(jié)構(gòu)（21)被附接至墻壁（23)。除了 保持將梁附接至墻壁的力，梁還承受由重力引起的力F g(24)及外力F(22)。外力（22)可以 例如是由通過附接至梁的另一結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力或扭力引起的。作為模型，可以與所有這些 力所施加的方向的指示一起提供梁的CAD圖。基于此CAD圖，然后將梁劃分成一系列包括 計算點的元，并且建立定義元之間的交互的矩陣方程。
[0040] 當結(jié)構(gòu)承受一系列載荷循環(huán)（即，幅值隨時間變化的一個或更多個外力）時，將發(fā) 生復合材料結(jié)構(gòu)中的疲勞破壞。為了預測耐久性性能，方法還需要這些載荷循環(huán)作為輸入。 在圖1中，這被表示為載荷歷程（2)。圖3示出了此載荷（y軸）可以怎樣隨時間（X軸）以 不同的載荷循環(huán)（31)進行變化。載荷（通常以牛頓（逐次地，牛頓米）或等同單位來指定 的力或力矩）的變化可以不具有重復性也不具有固定的幅值。返回至圖2的示例，圖3的 載荷循環(huán)將然后表示外力（22)怎樣對梁結(jié)構(gòu)起作用。結(jié)構(gòu)可以承受具有不同的載荷循環(huán) 的不同的載荷。載荷循環(huán)通常將與其中通過模擬或者測量可以獲得或使用結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實世界 情況相對應。例如，當結(jié)構(gòu)是車輛的車軸時，載荷循環(huán)將與由于道路的顛簸、拐角、剎車等所 引起的力相對應。然后可以通過在此情況期間模擬此情況或通過實際測量對車軸作用的外 力來建立載荷歷程。
[0041] 在方法的接下來的步驟⑶中，確定由載荷循環(huán)（2)引起的應力及應變（4)。由于 應力由載荷循環(huán)產(chǎn)生并且包括在結(jié)構(gòu)的模型中，因此應力將沿著結(jié)構(gòu)建立。眾所周知，應力 用來表達相鄰元或彼此施加的連續(xù)材料的粒子的內(nèi)力。通常以兆帕（MPa)或牛頓每平方毫 米（N/mm2)來表示應力?？梢酝ㄟ^使用以標稱FE模型（1)作為輸入進行有限元分析（FEA) 的有限元（FE)解算器（3)來完成這些應力及應變的計算。FE解算器因此還將也由FE模型 (1) 定義的外力怎樣對結(jié)構(gòu)起作用以及材料屬性作為輸入。因此，F(xiàn)E解算器將計算所謂的 節(jié)點處的位移。根據(jù)這些計算每個元中的相關(guān)應力（用σ表示）及應變（用ε表示）的 值?？梢葬槍υ械脑S多計算點計算這些應力。對于復合材料結(jié)構(gòu)來說，這通常是在不同 的板層完成的。在其中計算應力及應變的所有的計算點中可以進行疲勞分析。應變指示由 應力所引起的結(jié)構(gòu)的元的位移。因為位移是相對量度，所以其由載荷位移與全局位移的比 值來定義。
[0042] 在圖2的示例中，在力F和力Fg的作用下，將會沿著梁建立應力并且引起梁向下 彎曲。使用FE解算器計算應力及應變，可以知道梁的每個部分將會怎樣彎曲以及其怎樣與 梁中建立的內(nèi)部應力相關(guān)聯(lián)。所選擇的模型的元越小，應力及應變的計算將會越精確，但是 進行計算也將會耗費越多的時間。
[0043] 方法然后進行至步驟（5)和步驟￠)，其中，預測并存儲（8)由于載荷循環(huán)引起的 累積損傷?，F(xiàn)在將更詳細地說明這些步驟。
[0044] 步驟（3)將應力及應變與外部應力或載荷相關(guān)聯(lián)，但是只針對靜態(tài)情況，S卩，只針 對不變化的外力（22)。然而，為了預測復合材料結(jié)構(gòu)的疲勞，方法還需要考慮由載荷歷程 (2) 所定義的載荷隨時間的復雜變化。在結(jié)構(gòu)承受此載荷循環(huán)時，從FE解算器獲得的結(jié)構(gòu) 的每個計算點中的應力與應變的關(guān)系將展示出記憶效應。換言之，應變不只取決于材料， 還取決于應力的歷程，即，如何建立到應力的路徑。圖4中示出了復合材料結(jié)構(gòu)的計算點 中應力及應變的變化以及應力及應變從初始時刻t0直到時刻t6如何變化。圖3的時間戳 t〇-t6與圖4的時間戳t〇-t6相對應。圖4中的路徑t〇-t6因此示出了復合材料結(jié)構(gòu)的計 算點中的應力σ及應變ε在變化載荷即圖3的載荷循環(huán)的影響下將怎樣變化。圖3的載 荷循環(huán)將遵循圖4所表示的滯后曲線、回線或分支（41) (42)。由于載荷隨時間的周期變化 是復雜的，所以滯后曲線或回線是嵌套的。換言之，新的回線（42)例如t3-t4-t5將在另一 回線（41)例如t2-t6結(jié)束之前開始。因此，由載荷循環(huán)所引起的應力及應變限定了滯后回 線（42) (41)。
[0045] 在步驟（5)中，使用滯后算子（5)，作為載荷隨時間變化的函數(shù)現(xiàn)在計算應 力⑵沿著滯后回線的一部分的變化?；谳d荷歷程（2)以及FE解算器（3)的輸出， 滯后算子將計算與下一個時間步tl(見圖3和圖4)相關(guān)的應力 〇1(7)(見圖4)。可 以在"Nagode,M. &Hack, M.，The damage operator approach, creep fatigue and visco-plastic modelling in thermo-mechanical fatigue, SAE International Journal of Materials&Manufacturing, 4 (1),632-637. doi :10. 4271/2011-01-0485,（2011)" 中發(fā) 現(xiàn)滯后算子的可能的實現(xiàn)方式。因此，計算應力沿著滯后回線的一部分的變化作為載荷隨 時間變化的函數(shù)。由于復合材料結(jié)構(gòu)中的滯后影響，滯后算子不只考慮內(nèi)部為單個回線的 情形，還要考慮回線是否已被嵌套至另一回線中的情形。為了實現(xiàn)此目的，滯后算子（5)追 蹤材料的記憶。在步驟（5)中，內(nèi)部狀態(tài)變量（8)還將追蹤方法在方法的步驟（5)的每個 執(zhí)行中恰好沿著滯后回線。狀態(tài)信息因此追蹤材料記憶。換言之，滯后算子（5)包括存儲 滯后回線（41)中的位置信息作為狀態(tài)信息。
[0046] 返回至圖2的梁的示例，滯后算子（5)將針對某個值的所施加的應力F(22)計算 某時刻tl處的梁的每個計算點的應力。當施加至梁的力以零開始（未施加力）時，力然后 在時刻t3時變成最大并且在時刻t6時返回零（再次未施加力），殘余的應力將不返回至 零，并且因此，即使未施加力時梁也將保持彎曲至某程度。這示出了梁的材料的記憶效應。
[0047] 在另外的步驟（6)中，使用根據(jù)步驟（5)的應力（7)的變化以及所存儲的累積損 傷，計算損傷的變化（6)，并且因此，還計算每個計算點中的包括剛度的結(jié)構(gòu)的屬性（14)的 變化。由于方法是重復的過程，因此當?shù)谝淮螆?zhí)行步驟（6)時，累積損傷的值將具有初始預 定值，例如零。在復合材料結(jié)構(gòu)中，每個載荷循環(huán)（31)將在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生損傷的變化。在一 定量的循環(huán)之后，損傷的所有的變化的總和（即累積損傷）將超過某一閾值并且將發(fā)生疲 勞破壞。在復合材料結(jié)構(gòu)中，可以如下面的等式（eq)那樣來表征累進損傷或損傷的變化：
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于虛擬地預測結(jié)構(gòu)的耐久性性能從而能夠優(yōu)化所述耐久性性能的方法，其 中，通過一系列計算點來對所述結(jié)構(gòu)進行建模，其中， 針對每個計算點， -確定（3)由載荷循環(huán)（2)所引起的應力及應變（4)，所述應力及應變（4)限定滯后分 支，以及 -預測（5) (6)并存儲⑶由于所述載荷循環(huán)而引起的累積損傷，以及 -使用滯后算子（5)，作為所述載荷隨時間變化的函數(shù)計算所述應力（7)沿著滯后分支 的一部分的變化，以及 -使用所述應力（7)的所述變化以及所存儲的所述累積損傷，計算（6)所述損傷的變 化，并且因此，還計算所述結(jié)構(gòu)的屬性（14)在所述計算點處的變化，所述屬性（14)包括剛 度，以及 -基于所述屬性（14)的所述變化來計算（15)所述應力及應變（16)的進一步的變化， 以確定新的適合的滯后分支，以及 -作為所述載荷隨時間進一步變化的函數(shù)，計算（5)所述應力（7)沿著所述適合的滯后 分支的另外的部分的進一步的變化，以及 -在方法的最后，相應地制造所述結(jié)構(gòu)。 其中，所述結(jié)構(gòu)由下述材料制成：當經(jīng)受所述載荷循環(huán)時，由于疲勞破壞，在損壞之前 累積損傷的材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定由載荷循環(huán)引起的所述應力及應變還包括 對所述結(jié)構(gòu)的有限元模型（1)進行有限元分析，所述有限元分析基于由所述載荷循環(huán)施加 在所述結(jié)構(gòu)上的外力來進行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括使用所述屬性的變化將所述結(jié)構(gòu)的所述模 型更新（12)為更新后的模型（13)，并且，針對每個計算點，確定由所述載荷循環(huán)（2)所引起 的新的應力及應變（4)，所述新的應力及應變（4)限定滯后分支。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括：在所述更新（12)之前，確定（9)是進行所述 更新（12)還是進行（15)對所述應力及應變（16)的進一步的變化的所述計算。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的方法，其中，使用所述滯后算子（5)還包括將所述滯后分 支的位置的信息存儲為狀態(tài)信息（8)，并且其中，計算所述應力（7)沿著所述適合的滯后分 支的一部分的變化使用存儲的信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其中，計算所述損傷的變化還包括使用特征數(shù)據(jù)， 所述特征數(shù)據(jù)將損傷和屬性的所述變化與所述累積損傷以及所述應力的所述變化相關(guān)聯(lián)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，計算所述損傷的所述變化還包括使用用于獲得 所述損傷的所述變化的解析式，所述解析式是所述特征數(shù)據(jù)的近似。
8. -種用于虛擬預測結(jié)構(gòu)的耐久性性能從而能夠優(yōu)化所述耐久性性能的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括： -用于通過一系列計算點來對所述結(jié)構(gòu)進行建模的裝置（81)，以及 -用于針對每個計算點，確定由載荷循環(huán)所引起的應力及應變的裝置（83)，所述載荷 循環(huán)限定滯后分支，以及 -用于確定所述載荷循環(huán)的裝置（82)，以及 -用于針對每個計算點，預測由于所述載荷循環(huán)而引起的累積損傷的裝置（83)，以及 -用于針對每個計算點，存儲所述累積損傷的裝置（86)，以及 -用于使用滯后算子，作為所述載荷隨時間變化的函數(shù)，針對每個計算點計算所述應力 (7)沿著所述滯后分支的一部分的變化的裝置（85)，以及 -用于使用所述應力（7)的所述變化以及所存儲的累積損傷，針對每個計算點計算所 述損傷的變化的裝置（85)，以及因此，用于針對每個計算點計算所述結(jié)構(gòu)的屬性在所述計 算點處的變化的裝置，所述屬性包括剛度，以及 -用于基于所述屬性（14)的所述變化，針對每個計算點計算所述應力及應變的進一步 的變化，以確定新的適合的滯后分支（7)的裝置（85)，以及 -用于針對每個計算點，作為所述載荷的進一步的變化的函數(shù)，計算所述應力（7)沿著 所述適合的滯后分支的一部分的變化的裝置（85)，以及 -用于相應地制造所述結(jié)構(gòu)的裝置（84)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，用于確定由載荷循環(huán)引起的所述應力及應變的 裝置還包括用于對所述結(jié)構(gòu)的有限元模型（1)進行有限元分析的裝置，所述有限元分析基 于由所述載荷循環(huán)施加在所述結(jié)構(gòu)上的外力來進行。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，還包括：用于使用所述屬性的變化對所述結(jié)構(gòu)的 所述模型進行更新（12)的裝置，以及用于針對每個計算點，確定由所述載荷循環(huán)（2)所引 起的新的應力及應變（4)的裝置，所述新的應力及應變（4)限定滯后分支。
11. 一種用于執(zhí)行權(quán)利要求1的所述方法的軟件步驟（3)、（5)、（6)及（15)的計算機 程序產(chǎn)品。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的計算機程序產(chǎn)品，進一步執(zhí)行權(quán)利要求3的所述方法的軟 件步驟（12)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其中，所述材料是由復合材料或彈性體 材料構(gòu)成的組中的任何一種材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述材料是由復合材料或彈性體 材料構(gòu)成的組中的任何一種材料。
【文檔編號】G06F19/00GK104217094SQ201410201290
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月13日
【發(fā)明者】邁克爾·布呂內(nèi)爾, 斯泰恩·東德斯, 邁克爾·哈克, 克里斯托夫·利富格, 彼得·努恩, 斯特凡·施特雷塞爾 申請人:Lms國際公司