一套完整的疲劳分析设计试验管理系统nSoft

一套完整的疲劳分析设计试验管理系统nSoft

林晓斌　博士

林

晓

斌

摘要　介绍了nCode 国际有限公司发展的一套完整的疲劳分析系统

nSo ft 。该系统专门为解决工程系统的疲劳问题而设计,主要由数据分析、数据显示、疲劳分析软件以及其它一些专门软件组成。可用在数据采集、疲劳设计分析以及实验室疲劳模拟等部门。

关键词　疲劳分析　动态数据处理　工程设计　实验室模拟中国图书资料分类法分类号　T P202

收稿日期:1998—09—03

nSo ft 是一个“由工程师为工程师设计”的工程疲劳分析系统,它的功能覆盖了工程抗疲劳设计分析的3个主要领域,即数据采集、疲劳分析以及实验室模拟,并将它们紧密地结合在一起,见图1。nSoft 集现代疲劳理论、数据信号分析处理和最新的计算机技术于一体,为工程界提供了全

套功能强大的抗疲劳设计工具。

图1　工程抗疲劳设计分析中的几个主要步骤

1　nSoft 系统简介

nSo ft 是由许多独立模块组成的一个开放系统。每一模块可在计算机操作环境下独立启动,模块之间的传递主要通过数据文件实现。可处理的数据文件长度没有限制。nSoft 也有一个独特的管理界面,它可以帮助用户设置操作环境,记录所执行的命令,启动各个模块,查阅在线操作手册,阅读疲劳背景知识电子文件等,nSo ft 配有功能强大的、nCode 自己发展的命令语言nCL ,使用nCL 可以使得繁琐重复的工作自动化,并允许用户进行二次开发,发展出自己所需要的模块。nSo ft 配置的报告编辑工具,可让用户获得满意的报告格式,并且也能很方便地将nSoft 产生的图形及结果记录文件复制到一般的图文编辑软件里去。n Soft 当前能在多种操作平台上工作,如DOS 、微软视窗95/NT 、UNIX (SGI 、SPARC 、HP 、IBM )、X 和MOT IF 。另外,为了帮助用户进

图2行疲劳分析,nSoft 还

配有丰富的材料性能、应力强度因子和应力集中因子数据库。图2表示了nSo ft 包含的6个模块家族。下面将分别介绍它们的主要功能及特点。

2　系统模块介绍

2.1　核心模块nSoft —E

nSo ft —E 是nSoft 软件的核心平台,是连接数据采集、疲劳分析和实验室模拟试验的桥梁[1]。

nSo ft —E 的主要功能有:

(1)数据接口　作为一个数据采集后处理系统,nSoft —E 提供了多种数据接口。DAC 文件是专门为nSo ft 系统设计的单参数二进制数据文件,nSoft 各个模块间的数据传递主要通过这一文件,从nCode 数据采集器获得的信号也是DAC 文件。通过文件格式转换器,nSoft —E 接受ASCII 码文件和其它单参数文件,以提供与其他数据采集系统或实验室模拟控制信号的接口。nSo ft —E 也含有各种典型的波型发生器、单通道和多通道交互信号编辑器以及强大的运算功能,可方便地用来编制载荷谱。

(2)数据显示　nSoft —E 能在计算机屏幕上快速显示任何单参数信号文件及其基本统计值,也能在屏幕上进行多文件独立、重叠或交叉显示,通道数最多可达32个。其他可显示的图形有二维或三维雨流和M arkov 矩阵图、等高线图及时间片频率分布瀑布图等。用户能用报告绘图工具自己定义复杂的图形显示。

(3)数据处理　nSoft —E 中的图形或表格编辑器可用来去除一些诸如脉冲或漂移等无用信

中国机械工程1998年第9卷第11期

号。通过计算能进行信息变换和分离。采样速率、信号比例缩放以及通道注释均能改变。

(4)数据过滤　支持基于线性光滑、Butter-w orth 和FIR 窗口技术的4个滤波形式:低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波。

(5)数据分类　时域分级计数工具有振幅和联合概率分布、水平穿级、M arkov 分析、变程/均值、变程对、雨流循环计数。

(6)统计分析　nSoft —E 可对时域信号的任意一个时间段进行统计分析,可获取7种统计数据。也可用另一个信号的统计值作为门槛值来选择所要分析的时间段。

(7)频谱分析　nSoft —E 用一个自动频谱密度函数求取和显示一个时间序列的频率内容,能输出各种格式的结果及瀑布图,并有丰富的功率谱密度设置选择。

nSo ft —E 的主要特点如下:

(1)nSoft —E 所配备的nCode 高级命令语言nCL 可用来自动处理大量的数据,结合灵活的用户自定义报告准备工具,可以大大降低从原始数据到最后出报告的时间。同样,它也能使得标准的测试分析过程自动化,迅速获取结果,并具有良好的重复性。

(2)在施加载荷信号到试验台架之前,用数据处理和编辑工具可以鉴别并清除信号中的无损伤部分,缩短疲劳试验时间,延长试验机的寿命。因为无损伤循环耐久试验会引起试验机的磨损。

(3)使得疲劳分析工具Fatimas 和数据采集工具dAtagate 一体化。

(4)改善数据在不同分析测试环境下的流动。

nSo ft —E 提供了与时域信号采集、

压缩数据格式的信号采集、nCode 高级疲劳分析系统、模拟试验、有限元分析设计和商用图文及表格处理器之

间的连接。

2.2　nSoft —E 扩充模块

这一组可选模块是nSo ft —E 软件的扩充,能让用户对采集来的数据作进一步的分析和处理。它所具有的专门分析功能,加强了测量、试验及分析中的一些特殊领域。该模块的主要功能有:(1)高等数据处理　利用一个ASCII 命令文件实现信号的算术及逻辑运算。用某一指定的分级方法进行波峰计数。根据变幅—均值算法从时域信号或M ar ko v 矩阵中抽取等效的常幅疲劳循环。能同时计算16个输入数据文件的基本统计值。能计算一个单参数的时域信号的RMS 值分布、

双振幅分布及信号振幅分布。振幅分布分析要求

输入一个相关的单参数速度信号。

(2)高等频率分析　包括相关分析、Octave 分析和频率响应分析。

(3)曲线拟合　包括线性回归、n 次多项式拟合、样条曲线拟合、Weibull 曲线拟合以及X 、Y \X (a )、Y (a )的双向转换。

(4)时域信号重构　从雨流或M arkov 矩阵重构特定时域信号,或根据一个不规则因子重构一个随机时域信号。

(5)数据检验　最新的数据采集系统通常可以对几百个通道进行高速长周期采样。检验这些数量巨大的数据是进行准确数据处理的第一步。nCo de Validata 是为满足数据采集工程师的需要而设计的数据检验软件。对于长周期多通道数据检验特别有用。Validata 的核心是一图形工具,能方便地显示数据,允许用户对其进行审查、分析、编辑和处理。

(6)Sig natur e 可用于分析转动机械的振动、噪声特点以及评价构件的状态。能进行完全由用户控制的快速傅立叶变换分析,求取最优的试验和分析参数设置,转换数字脉冲至模拟速度。另外,它还具有广泛的图形显示及后处理功能。

(7)Rig —Link nCode Rig —Link 能将实测到的数据用于实验室模拟试验,特别是它提供了M TS 公司的RPC 文件和nCo de DAC 文件之间的互换接口。

(8)MegaLink nCo de MegaLink 直接读M EGADAC 数据并将其转换成nSoft DAC 文件格式。它可以进行在线标定及统计分析。2.3　疲劳分析模块FAT IMAS

Fatimas 是nSoft 的疲劳寿命预测软件家族,它由6个疲劳软件组成,见图3。这些软件是现代疲

图3　疲劳软件家族F atim as

劳技术的结晶,可用来预测构件的总寿命、裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命、多轴复杂载荷下的裂纹萌生寿命以及基于频率信号的疲劳寿命,也可

一套完整的疲劳分析设计试验管理系统nSoft ——林晓斌