Cadence MSC CAEfatigue 2026.1.1_结构疲劳分析软件

软件简介

Cadence MSC CAEfatigue 2026.1.1是一款面向工程结构疲劳分析的专业CAE软件，主要用于评估汽车、航空航天、机械制造及其他复杂工程系统在随机振动、动态载荷以及多通道复杂载荷作用下的疲劳寿命和结构响应。

CAEfatigue能够与有限元分析结果结合，通过频域和时域疲劳分析方法，对结构在实际工况下的应力、响应和疲劳损伤进行评估。软件尤其适用于随机振动环境下的疲劳寿命预测，同时支持点焊、标准焊缝以及特殊焊缝分析，可帮助工程师更加高效地完成车辆及复杂结构的疲劳耐久性验证。

CAEfatigue可以利用有限元分析得到的结构响应数据，对随机载荷和动态响应进行进一步处理，并计算位移、速度、加速度、力以及应力等响应指标，同时结合疲劳寿命和损伤模型，对结构耐久性进行评估。

软件支持Frequency Domain（频域）和Time Domain（时域）两类分析方法，并针对随机振动环境提供Advanced Random Analysis（高级随机分析）等功能，使工程师能够从复杂振动载荷中提取结构响应和疲劳损伤信息。

软件基本信息

主要功能

高级随机振动分析

CAEfatigue2026.1.1针对随机振动工况提供Advanced Random Analysis功能，可以利用随机振动分析结果对结构响应和疲劳特性进行评估。

对于汽车、航空航天设备以及其他经常处于振动环境中的产品，随机振动可能导致零部件之间发生碰撞、摩擦或松动，同时长期振动还可能造成结构疲劳损伤。

CAEfatigue可以在频域中处理随机载荷产生的结构响应，并计算：

• 位移响应
• 速度响应
• 加速度响应
• 力响应
• 应力响应
• 功率谱密度PSD
• 相对结构响应
• 均方根RMS响应
• 疲劳损伤与寿命

通过这些结果，工程师能够更加直观地了解结构在随机振动条件下的响应情况。

PSD功率谱密度分析

功率谱密度（PSD）是随机振动分析中的重要数据形式。

CAEfatigue可以处理结构随机响应对应的PSD数据，并支持对绝对响应和相对响应进行分析。通过PSD曲线，工程师能够观察结构在不同频率范围内的响应变化，从而识别可能存在的主要振动频率区域。

在复杂工程结构中，PSD数据还可以与有限元模型结合，用于进一步开展疲劳寿命和损伤计算。

RMS响应计算

对于随机振动问题，均方根值（RMS）是描述结构随机响应强度的重要参数。

CAEfatigue可以计算不同结构响应的RMS值，并结合概率分布对最大响应进行估算。

根据不同分析方法，软件可以结合Gaussian（高斯）分布、Rayleigh（瑞利）分布以及考虑响应循环次数的计算方法，对随机响应峰值进行预测。

这种方法能够帮助工程师评估结构在长期随机振动环境中的潜在极限响应。

相对响应与碰撞风险分析

对于汽车、航空器以及复杂机械设备而言，相邻零部件之间的间隙非常重要。

当设备受到强烈随机振动时，相邻零部件可能发生相对运动。如果相对位移超过设计间隙，就可能产生碰撞、摩擦或异常噪声。

CAEfatigue提供相对响应后处理功能，可以将某个节点的相对响应与附近节点进行比较，用于分析相邻零部件之间的运动关系。

该功能可以用于：

• 零部件碰撞风险评估
• 相对位移分析
• 结构间隙分析
• 振动接触风险评估
• 异响和颤振问题分析
• 相邻结构响应比较

因此，该功能对于汽车NVH以及复杂装备振动耐久性分析具有较高的应用价值。

Surrogate Loading替代载荷分析

什么是Surrogate Loading

在实际产品耐久性试验中，工程师通常需要获取车辆或设备在真实工况下的多通道载荷数据。

例如汽车道路试验可能同时采集多个位置、多个方向的载荷信号。这些载荷往往具有明显的时间关联性和通道相关性。

然而，在实验室环境中，很难完全复制真实道路或工作环境下的复杂多通道载荷，因此通常需要将复杂载荷简化成更容易执行的单通道或少通道加载方式。

CAEfatigue提供Surrogate Loading（替代载荷）工具，可以针对这一问题建立更加符合真实结构特性的简化载荷。

多通道载荷转换

Surrogate Loading能够将包含多个时间事件的复杂多通道载荷转换为更加简化的替代载荷。

与单纯对载荷进行包络处理的方法相比，该方法会结合实际结构系统的特性，从而使简化后的载荷在结构响应和疲劳损伤方面尽可能接近原始复杂载荷。

其基本思路包括：

1. 获取实际工况下的多通道载荷数据；
2. 分析各载荷通道之间的相关性；
3. 建立真实结构的响应特征；
4. 计算复杂载荷对应的结构响应和疲劳损伤；
5. 根据结构特性生成替代载荷；
6. 对比原始载荷与替代载荷产生的响应；
7. 验证替代载荷的疲劳损伤一致性。

这种方法可以减少实验室耐久性试验中的复杂加载条件，提高测试和分析效率。

与传统FDS方法的区别

传统疲劳损伤谱（FDS）方法通常基于假设的单自由度系统，通过寻找能够产生相近疲劳损伤的载荷谱，实现复杂载荷的简化。

这种方法在载荷简化方面具有一定优势，但其计算过程中对真实结构特性的考虑相对有限。

CAEfatigue的Surrogate Loading方法则在FDS思想基础上进一步结合实际结构系统特征，使替代载荷不仅考虑输入信号，还能够考虑真实结构的响应和疲劳损伤。

因此，它更适合用于复杂工程结构的耐久性测试与载荷简化。

焊点与焊缝疲劳分析

点焊疲劳分析

汽车车身、航空结构以及机械设备中大量使用点焊连接。

焊点虽然结构尺寸较小，但在长期动态载荷和振动环境下可能成为疲劳裂纹产生的重要位置。

CAEfatigue可以针对点焊结构开展疲劳分析，并能够将焊点疲劳评估纳入整体结构耐久性分析流程。

适用于：

• 汽车车身点焊
• 钣金结构
• 机械设备焊接结构
• 航空结构
• 工业设备焊接部件

标准焊缝分析

除点焊外，CAEfatigue还支持标准焊缝疲劳分析。

工程师可以结合有限元分析得到的结构响应，对焊接连接区域进行疲劳寿命和疲劳损伤评估，从而识别潜在的疲劳薄弱区域。

特殊焊缝分析

针对复杂工程结构中的特殊焊接形式，CAEfatigue同样提供相应的分析能力。

通过将焊接区域的结构响应与疲劳分析流程结合，可以对不同焊接连接形式进行耐久性评价。

频域疲劳分析

频域分析是CAEfatigue的重要功能之一。

对于随机振动载荷，如果直接采用传统时域方法进行完整计算，可能需要处理大量时间序列数据，计算成本较高。

频域方法则可以利用PSD等频域数据直接进行结构响应和疲劳损伤计算。

其典型流程为：

随机载荷 → PSD数据 → 有限元结构响应 → 应力响应 → 疲劳损伤 → 疲劳寿命

这种分析方法特别适用于随机振动、宽带激励以及长期动态载荷问题。

时域疲劳分析

除了频域分析之外，CAEfatigue还支持传统Time Domain（时域）疲劳分析。

时域方法直接使用随时间变化的载荷和结构响应数据进行疲劳计算，因此对于具有明确时间历史特征的复杂载荷更加适用。

典型应用包括：

• 实车道路载荷
• 机械设备工作载荷
• 冲击载荷
• 瞬态载荷
• 多事件组合载荷
• 实验测试数据

频域和时域方法可以根据实际载荷数据和分析目标进行选择。

自动化车辆疲劳分析

CAEfatigue针对汽车工程应用提供较完整的疲劳分析能力，可以将结构有限元分析、随机振动响应、点焊和焊缝疲劳分析结合起来。

对于车辆开发而言，可以将道路载荷、结构响应和疲劳损伤计算纳入统一分析流程，从而减少重复建模和人工处理工作。

特别是在车身结构、底盘、连接件以及焊接结构的耐久性开发过程中，可以利用CAEfatigue对关键区域进行疲劳风险评估。

典型应用领域

汽车工程

CAEfatigue可用于汽车结构耐久性和随机振动分析，包括：

• 车身疲劳
• 底盘疲劳
• 点焊疲劳
• 焊缝疲劳
• 道路载荷分析
• 随机振动分析
• NVH相关响应分析
• 零部件碰撞风险分析

航空航天

航空航天装备长期受到发动机振动、气动载荷以及复杂动态载荷影响，因此对疲劳寿命和随机振动响应具有较高要求。

CAEfatigue可以用于航空结构、设备安装结构以及连接部件的疲劳耐久性分析。

机械制造

对于机械设备、工业装备以及高速运动机构，长期振动可能导致结构产生疲劳损伤。

CAEfatigue能够利用实验载荷或仿真载荷开展结构疲劳分析，为机械产品设计和耐久性验证提供辅助。

工业设备

对于泵、压缩机、发动机、工业机械等长期运行设备，可以通过随机振动和动态载荷分析识别潜在疲劳风险。

典型分析流程

CAEfatigue的典型工程分析流程可以概括为：

第一步：建立有限元模型

首先使用有限元前处理工具建立结构模型，并完成材料、连接、边界条件和网格设置。

第二步：进行结构响应分析

根据实际工况施加随机载荷、动态载荷或时间历程载荷，并获得结构响应。

第三步：导入分析数据

将有限元求解得到的应力、位移、加速度、力以及PSD等数据用于疲劳分析。

第四步：选择疲劳分析方法

根据载荷形式选择Frequency Domain或Time Domain分析方法。

第五步：进行疲劳计算

计算结构的疲劳损伤、疲劳寿命以及关键位置的响应。

第六步：分析焊点与焊缝

针对汽车车身及其他焊接结构，对点焊、标准焊缝和特殊焊缝进行专项疲劳评估。

第七步：生成分析结果

通过后处理功能查看结构响应、PSD、RMS、疲劳损伤和寿命等结果，并进一步定位潜在薄弱区域。