应用Simcenter平台试验系统优化疲劳耐久试验流程

解决方案优势

• 专业的数据采集系统，同时适用于道路试验及试验室台架试验，充分保证试验效率

• 获取真实的车辆道路载荷数据，可作为虚拟仿真和台架认证试验的输入

• 综合考虑当地的路况、驾驶习惯以及车辆的载荷信息，合理设定疲劳耐久性能目标

• 将仿真与集成化试验平台充分结合，全面实现数字化双胞胎

客户对产品疲劳耐久性能的要求越来越高，企业同时还要面对减重、增效的压力。减重往往会降低产品的强度和可靠性，使产品变得不耐用，甚至导致客户的抱怨。那么怎样才能在研发周期越来越短的情况下，还能充分平衡产品的各项性能指标，并确保产品的疲劳耐久性能可以满足设计使用要求呢？

将坚固可靠的数采硬件，与功能强大的分析软件相结合，Simcenter 试验平台将帮助您对整个疲劳耐久试验的流程进行优化。从通道设置，到数据的采集和验证，从信号的深入分析，到最终的试验报告，Simcenter 试验系统注重每一细节，兼顾精度与效率。Simcenter™ 是西门子Xcelerator业务平台的一部分，包括软件、硬件和技术服务。

应用Simcenter试验系统优化疲劳耐久试验流程

• 在各种试验环境下，智能地完成载荷数据的采集

准确获取产品在预期使用寿命内所承受的载荷，是疲劳耐久试验工程的开始。为了实现这一点，先进的数据采集系统至关重要。无论是公共道路、试验场，还是工程机械、重卡等重型设备所面临的极端试验环境，Simcenter SCADAS™ 数采硬件都能高效地完成载荷数据的精确采集。

• 深入洞察疲劳耐久数据的关键信息

对海量疲劳耐久试验数据进行整理和分析，往往非常耗时，这时就需要一套先进的载荷及疲劳数据分析软件，进行载荷数据分类、潜在损伤分析，以及基于试验数据的疲劳寿命分析。西门子载荷及疲劳数据分析系统，将即时的数据可视化，与交互式自动化数据处理分析，以及自动化生成报告集成一体，帮助工程师快速洞察疲劳耐久数据的关键信息，为台架试验及仿真分析提供准确输入。

• 根据客户实际使用情况，合理设定疲劳耐久性能目标

想要想根据客户的实际使用情况，制定出合理的疲劳耐久性能目标，关键在于制定出符合实际的、与客户相关联的加速疲劳试验计划，避免过度试验。Simcenter Testlab™ 软件可以基于损伤等效原则，帮助用户快速制定出加速疲劳试验方案，提供给疲劳试验台架，或输入给仿真模型，进行产品的疲劳寿命预测。

• 将试验与仿真有机结合，实现结构的设计优化

试验和仿真绝不是完全孤立的，将仿真与试验充分结合能体现出诸多优势。在 Simcenter 这一统一平台下，试验和仿真完全集成，可以实现：无缝的数据传递与共享；基于试验的模型校验和修正；以及基于仿真的预试验及试验规划。

举例来说，将试验所采集的实车工况数据，输入给仿真模型，几小时内就可以完成产品的疲劳寿命预测，而不需要真的到试验台架上做好几天的试验。

将实车试验数据输入给 Simcenter 3D™ 仿真软件，通过虚拟台架对整车模型进行激励，甚至不需要轮胎或者路面的信息，就可以实现整车的疲劳载荷预测。从研发的早期阶段开始，不断对产品的疲劳耐久性能进行分析迭代，对设计不断地进行优化和验证，最终实现产品重量、强度及耐久性能的多属性平衡。

行业应用

• 汽车和交通运输

几乎所有的汽车零部件，包括各种电子元件，都有相应的耐久性能要求。Simcenter 试验系统被广泛应用于汽车及交通运输行业，包括在各大汽车主机厂及零部件企业， 用于进行载荷数据的采集，以及产品疲劳耐久性能的分析。在试验场或公共道路上，采集车辆的工况数据，深入进行载荷数据和疲劳耐久性能分析，洞察车辆潜在的损伤。现场完成数据的处理和验证，快速制定加速试验计划，为仿真计算或台架试验提供数据输入。

• 重型机械

对于农用、建筑、矿用等重型机械，与汽车和交通运输行业类似，几乎所有的零部件在设计时都需要考虑耐久性能，尤其是需要在恶劣环境下工作时，对产品耐久性能的要求会更高。使用 Simcenter 试验系统，可以完成从实际工况载荷数据的采集，到载荷数据的分析，再到加速试验计划的创建等一系列工作。坚固且便于控制访问的数采硬件，可以在极端的环境条件下，精确地完成多种物理量信号的采集。借助专业的疲劳数据分析软件，工程师可以深入地分析产品的耐久性能，了解重型机械的潜在损伤。

• 航空航天和国防

军用装甲车辆上的许多电子元器件，都需要满足军用标准的抗振性能要求。使用 Simcenter 试验系统，先完成工况振动数据的采集，然后基于工况数据，进行加速环境试验的规划和实施。

• 电子与半导体

很多电子产品中的敏感电子元件，会在产品的整个生命周期中，承受一定的振动。通过 Simcenter 试验系统，电子元件制造商可以针对产品在实际使用时所承受的振动，准确定义出一组加速试验，最终通过加速试验，验证并确保电子与半导体元件足够耐用。

• 能源及公共设施

风力发电设施中的风机，必须保证在无损伤、无故障的情况下，尽可能高效的长时间运行。这就需要在开发早期阶段，进行专业的设计，确保风机的耐久性能。Simcenter 为您提供了可用于风机叶片、轴、齿轮箱、轴承和塔架等各部件载荷数据采集的工具，通过应变片和力传感器确定出运行期间关键点的受力情况。工程师还可以使用Simcenter 耐久性试验的分析功能模块，根据试验数据进行疲劳寿命预测，或将试验数据作为有限元仿真模型的输入。

Simcenter 疲劳耐久试验能力

道路载荷数据的采集

无论是在试验场，还是在公共道路上的路谱采集，往往数据量大，精度要求高。无论是用于仿真计算，还是用于台架试验，载荷数据的精度和真实性都至关重要。西门子道路载荷数据采集系统，无缝整合了传感器及通道设置、信号采集、数据验证和生成报告等所有功能，保证以最快的速度，交付出最优质的试验数据。

坚固的数据采集硬件

即使在最恶劣的环境中，西门子数采硬件也能够快速而经济地完成试验。农业、建筑和矿业设备的真实载荷数据，对于产品的虚拟仿真和物理性能验证至关重要。西门子坚固式数据采集系统可以在任何时间、任何地点快速完成部署，精确地完成多种物理量信号的测试。

载荷及疲劳分析

疲劳耐久试验数据的分析和整理，包括数据汇总、雨流分析、试验疲劳寿命分析等工作，往往费时费力。西门子载荷及疲劳数据分析系统，将即时的数据可视化，与交互式自动化数据处理分析，以及自动化报告生成集成一体，快速洞察疲劳耐久数据的关键信息，为台架试验及仿真分析提供准确输入。

疲劳加速试验

用最少时间和成本，在台架上完成产品耐久性能的现场验证，疲劳加速试验软件能帮助您基于损伤等效原则，制定出更短周期的试验计划，既适用于单轴，也适用于多轴疲劳试验台架。

优化试验计划

如何将产品实际工况下的载荷及损伤，转化应用到试验场的标准道路试验？我们的解决方案是通过客户相关载荷目标的合成，定制出试验场的试验计划。能够根据不同的试验场道路，给出最佳的设计组合，准确模拟客户的实际道路工况。

试验室台架试验

现场总线技术是当前测试领域的一大趋势。基于实时的现场总线技术，可以将采集的数据实时共享给试验台架。目前，EtherCAT 总线已成为了该领域的行业标准。借助 64 通道的 EtherCAT 输出模块（ ESO64 ）和 Simcenter SCADAS RS EtherCAT 单元，所有 Simcenter 硬件均可实现与试验台架控制器的实时连接，以便在试验室中快速实现产品疲劳载荷特性的复现回放。

疲劳耐久性能仿真

通过 CAE 仿真进一步分析和评估产品的耐久性能。Simcenter 3D 疲劳耐久仿真软件提供了各种先进的分析方法，工程师可以在模型上快速灵活地分配和施加载荷，另外软件还提供专业的缝焊及点焊的疲劳分析功能，以及各种最新的复合材料疲劳分析功能。

道路载荷数据的采集

无论是在试验场，还是在公共道路上的路谱采集，往往数据量大，精度要求高。无论是用于仿真计算，还是用于台架试验，载荷数据的精度和真实性都至关重要。西门子道路载荷数据采集系统，无缝整合了传感器及通道设置、信号采集、数据验证和生成报告等所有功能，保证以最快的速度，交付出最优质的试验数据。

挑战

• 为CAE仿真或试验台架提供准确的数据

• 尽快获取高质量数据

• 避免高成本的重复试验

解决方案

• 快速准确的试验设置

• 智能、安全、同步的数据记录

• 现场完成数据验证

• 一次性交付高质量数据

结果

• 试验效率最大化

• 快速准确地完成道路载荷数据的采集

• 充分保证测试的灵活性

• 试验全程安全可靠

汽车整车及零部件的道路载荷谱采集

现场快速完成软硬件配置，高效率进行道路载荷谱的数据采集及现场验证

主要特点

• 从小型试验任务到几百通道的大型测试任务，均可胜任

• 支持各种传感器，包括加速度计、应变片、基于桥路的传感器（力、扭矩、压力等）、电位计、线性可变差动变压器（LVDT）、转速计和热电偶传感器调理，例如电压输入（可选供电）、压电式（ICP）、支持TEDS、惠斯通电桥、直流（DC）或交流（AC）供电选择、支持4-20毫安变送器等类型的传感器

• 数字总线支持：CAN、CAN-FD、OBD2和FlexRay协议，可以获取原始总线及解码信号

• 通过嵌入式芯片完成全球导航卫星系统（GNSS）数据的同步采集，同步实现视频数据（专用的Sony摄像头），以及车轮六分力信号（Kistler KiRoad Performance）的同步采集

• 快速高效地完成各类传感器信号的验证

• 既可以使用Simcenter Testlab软件，将数据记录到计算机上，也可以完全自主采集，将数据直接存储于Simcenter SCADAS Recorder内的闪存卡。同时，通过安装于安卓平板电脑上的Simcenter Testlab Control App，无线连接至数采，实现远程控制和信号在线监测

• 在线和离线数据验证工具，方便现场或采集完成后，进行数据的检查和确认支持基于任何通道（包括虚拟通道及逻辑判断）的启停触发

重卡及大巴的道路载荷谱采集

通过基于Web的内嵌式应用软件，进行软硬件配置，实现灵活的坚固式数据采集

主要特点

• 从小型试验任务到500+通道的大型测试任务，均可胜任

• 支持各种传感器：加速度计、应变片、基于桥的传感器（力、扭矩、压力）、电位计、LVDT、转速计和热电偶

• 传感器调理，例如电压（可选供电）、ICP、惠斯通电桥、脉冲计数器、直流（DC）或交流（AC）供电、4-20毫安变送器等类型的传感器

• 可以通过任何设备（电脑、平板电脑、手机），基于各种操作系统（Windows、Android、iOS），以有线或无线（Wi-Fi或蜂窝网络）的方式，灵活访问数采系统

• 数字总线支持：CAN、CAN-FD、J1939和OBD2协议，可以获取原始总线及解码信号

• 通过嵌入式芯片完成全球导航卫星系统（GNSS）数据的同步采集，同步实现视频数据的采集（USB摄像头）

• 支持多用户从多个终端设备，同步并行访问测试系统，快速完成设置验证、传感器校准、测试及数据验证

• 稳定的不间断电源（UPS）及缓冲机制，确保大通道、多物理量试验的可靠性

• 数采设备可在各种温湿度环境下（-40℃~+65℃或-40℉~+149℉），各种冲击和振动水平下，稳定运行

• 通过基于Web的内嵌式应用软件，可以轻松快速地完成从系统配置、数据获取，到可视化分析、试验数据上传等一系列工作

• 可根据试验需要，灵活选择集中式或分布式布局（单一电缆级联，连接距离长达50米）

坚固的数据采集系统

即使在最恶劣的环境中，西门子数采硬件也能够快速而经济地完成试验。农业、建筑和矿业设备的真实载荷数据，对于产品的虚拟仿真和物理性能验证至关重要。西门子坚固式数据采集系统可以在任何时间、任何地点快速完成部署，精确地完成多种物理量信号的测试。

挑战

• 恶劣环境和严苛的试验条件

• 自始至终不断优化操作流程，快速完成试验

• 远程监控试验现场

• 具备灵活的多通道扩展能力

• 同时完成多个领域的多种物理量信号的采集，如应变、噪声、振动、温度、脉动压力等等

解决方案

• 坚固型数据采集系统，可以在极端恶劣环境中使用

• 极大的灵活性，以适应不同的测试需求

• 确保高性能、高精度

• 异常灵活的连接方式，大大简化了数据采集的控制。从任何地点、通过任何终端，均可访问设备

结果

• 即使面对最严苛的环境条件和试验要求，仍能够经济而快速地完成试验任务

• 随时随地的精确获取多种物理量数据

• 实现数采设备的远程访问和监控

大通道、坚固式数据采集系统

通过基于Web的内嵌式应用软件，进行软硬件配置，实现灵活的坚固式数据采集

主要特点

• 从小型试验任务到500+通道的大型测试任务，均可胜任

• 支持各种传感器：加速度计、应变片、基于桥的传感器（力、扭矩、压力）、电位计、LVDT、转速计和热电偶

• 传感器调理，例如电压（可选供电）、ICP、惠斯通电桥、脉冲计数器、直流（DC）或交流（AC）供电、4-20毫安变送器等类型的传感器

• 可以通过任何设备（电脑、平板电脑、手机），基于各种操作系统（Windows、Android、iOS），以有线或无线（Wi-Fi或蜂窝网络）的方式，灵活访问数采系统

• 数字总线支持：CAN、CAN-FD、J1939和OBD2协议，可以获取原始总线及解码信号

• 通过嵌入式芯片完成全球导航卫星系统（GNSS）数据的同步采集，同步实现视频数据的采集（USB摄像头）

• 支持多用户从多个终端设备，同步并行访问测试系统，快速完成设置验证、传感器校准、测试及数据验证

• 稳定的不间断电源（UPS）及缓冲机制，确保大通道、多物理量试验的可靠性

• 数采设备可在各种温湿度环境下（-40℃~+65℃或-40℉~+149℉），各种冲击和振动水平下，稳定运行

• 通过基于Web的内嵌式应用软件，可以轻松快速地完成从系统配置、数据获取，到可视化分析、试验数据上传等一系列工作

• 可根据试验需要，灵活选择集中式或分布式布局（单一电缆级联，连接距离长达50米）

• 支持通过4G/5G网络，远程连接访问Simcenter SCADAS RS设备，进行通道设置、传感器验证及校准等操作

• 远程实现数据的上传和下载

用于多物理量测试的坚固式数据采集系统

通过基于Web的内嵌式应用软件，进行软硬件配置，实现灵活的坚固式数据采集

主要特点

• 从小型试验任务到500+通道的大型测试任务，均可胜任

• 支持各种传感器：加速度计、应变片、基于桥的传感器（力、扭矩、压力）、电位计、LVDT、转速计和热电偶

• 传感器调理，例如电压（可选供电）、ICP、惠斯通电桥、脉冲计数器、直流（DC）或交流（AC）供电、4-20毫安变送器等类型的传感器

• 可以通过任何设备（电脑、平板电脑、手机），基于各种操作系统（Windows、Android、iOS），以有线或无线（Wi-Fi或蜂窝网络）的方式，灵活访问数采系统

• 数字总线支持：CAN、CAN-FD、J1939和OBD2协议，可以获取原始总线及解码信号

• 通过嵌入式芯片完成全球导航卫星系统（GNSS）数据的同步采集，同步实现视频数据的采集（USB摄像头）

• 支持多用户从多个终端设备，同步并行访问测试系统，快速完成设置验证、传感器校准、测试及数据验证

• 稳定的不间断电源（UPS）及缓冲机制，确保大通道、多物理量试验的可靠性

• 数采设备可在各种温湿度环境下（-40℃~+65℃或-40℉~+149℉），各种冲击和振动水平下，稳定运行

• 通过基于Web的内嵌式应用软件，可以轻松快速地完成从系统配置、数据获取，到可视化分析、试验数据上传等一系列工作

• 可根据试验需要，灵活选择集中式或分布式布局（单一电缆级联，连接距离长达50米）

• 支持通过4G/5G网络，远程连接访问Simcenter SCADAS RS设备，进行通道设置、传感器验证及校准等操作

• 远程实现数据的上传和下载

载荷和疲劳分析

在产品的耐久性设计中，为了能够快速处理载荷数据，缩短雨流计数等疲劳数据分析工作所需的时间，西门子提供了载荷及疲劳分析的全套解决方案。即时可视化的数据分析软件，集成了各种分析功能，帮助用户交互式、自动化、高效地完成数据处理，并最终生成试验报告。

挑战

• 设定准确的耐久性能设计目标

• 从载荷数据中挖掘更多信息

• 优化耐久性能研发流程

解决方案

• Simcenter Testlab 载荷和疲劳分析软件提供了丰富的分析方法

• 在 Simcenter 统一平台下，完成疲劳数据的采集、分析，以及仿真建模等所有工作

• 采用准确而适当的数据分析方法，大大节省分析和计算时间

• 对被测结构进行准确的数据分析，更好地理解载荷数据包含的疲劳信息

• 简化试验和分析流程，增强数据的可信度

结果

• 得到精确有价值的分析结果，优化下一代产品的耐久性能

• 通过标准化的分析流程和试验报告，确保数据的一致性和结果质量

• 对海量数据进行自动化批处理，比传统软件的分析速度快50%

• 软件方便易用，初学者或非专业用户都能快速学习掌握，可以大大提高团队效率

载荷数据分析

包含各种计数和频谱分析功能，流程式完成道路载荷数据的分析

主要特点

• 基于各种分析方法，直观地创建和修改数据分析流程

• 自动存储分析参数，保证数据的可追溯性

• 通过数据透视表和图形预览功能，轻松组织并可视化多个通道的分析结果

• 交互式的原始信号编辑处理，既可以直接基于图形显示界面进行操作，也可以将其嵌入到分析流程中进行，快速完成异常信号的排查和数据验证

• 分析方法包括：雨流、范围对、旋转矩阵直方图、伪损伤、水平穿越、峰计数I和III、水平计数、频谱分析，以及功率谱密度（PSD）分析

• 基于模板的Microsoft Office报告，自动批量生成多通道、多工况分析结果的活动图片

试验疲劳分析

基于应力-寿命或应变-寿命方法进行疲劳分析

主要特点

• 基于各种分析方法，直观地创建和修改数据分析流程

• 通过数据透视表和图形预览功能，轻松组织并可视化多个通道的分析结果

• 使用应力-寿命法和应变-寿命法，根据给定的载荷历程、材料属性、应力集中系数及应变时间历程，对产品的疲劳寿命进行预测

• 可扩展的S-N曲线和材料数据库

• 自动存储分析参数，方便数据的溯源

• 基于模板的Microsoft Office报告，自动批量生成多通道、多工况分析结果的活动图片

疲劳加速试验

用最少时间和成本，在台架上完成产品耐久性能的验证。疲劳加速试验软件能帮助您基于损伤等效原则，制定出周期更短的试验计划，既能适用于单轴，也适用于多轴疲劳试验台。

挑战

• 台架试验时间长，成本高

• 存在过试验或欠试验的风险

解决方案

• 从长时间载荷历程中删除无损历程

• 创建等效损伤的恒幅试验

• 用户可以自定义幅值、均值和重复次数

结果

• 在确保损伤相同的条件下，缩短试验所需的载荷时间历程

• 用于加速完成产品耐久性能的台架验证试验，或更快完成疲劳寿命的仿真预测

任务综合

使用疲劳损伤理论创建载荷试验谱，并直接导出为振动台随机或正弦试验的控制谱。

主要特点

• 最大响应谱（MRS）、疲劳损伤谱（FDS）和冲击响应谱（SRS）的计算

• 根据载荷试验数据，定义出随机或正弦扫频振动试验的等效损伤试验谱

• 支持标准：GAM EG-13、MIL-STD 810G和NATO AECTP 200

• 基于模板的Microsoft Office报告，自动批量生成多通道、多工况分析结果的活动图片

• 友好的图形用户界面（GUI）

疲劳加速试验

创建损伤等效的加速试验计划

主要特点

• 通过雨流投影（RP）过滤掉单轴或多轴方向无损的时间历程

• 创建出加速的且损伤等效的循环或恒幅试验计划

• 自动计算滤波器，以确保用户自定义的阈值

优化试验计划

将产品真实的使用情况映射到试验场耐久试验，基于客户关联的载荷目标，定义出产品的试验计划。模拟目标市场路谱特性，给出对应试验场道路试验的最佳组合。

挑战

• 需要避免试验场道路数据，与实际耐久性能要求之间的映射误差

• 复制扩展目标市场的道路载荷信息时，要尽量降低试验成本

解决方案

• 提供与客户实际使用情况匹配的最佳试验道路组合

结果

• 提供与实际路试损伤相同的试验道路组合，同时大大缩短试验周期

• 可用于整车及零部件试验

• 提高了试验场和试验台架之间数据的相关性

优化试验计划

基于客户关联的载荷目标，定义试验场道路的试验计划。

主要特点

• 适用于单轴和多轴雨流矩阵和旋转扭矩直方图

• 允许在优化中参考其他PSD

• 根据总试验时间和全局/部分伪损伤进行设计优化

试验室台架试验

现场总线技术是当前测试领域的一大趋势。基于实时的现场总线技术，可以将采集的数据实时共享给试验台架。目前，EtherCAT 总线已成为了该领域的行业标准。借助 64 通道的 EtherCAT 输出模块（ ESO64 ）和Simcenter SCADAS RS EtherCAT 单元，所有 Simcenter硬件均可实现与试验台架控制器的实时连接，以便在试验室中快速实现产品疲劳载荷特性的复现回放。

挑战

• 从路试现场转换到台架试验，需要对车辆重新进行试验布置

解决方案

• 通过Simcenter SCADAS RS EtherCAT单元，或SCADAS SCM/LAB ESO64模块，与试验台架控制器建立实时连接

结果

• 无需重新布置传感器，最大化试验生产力

使用 Simcenter SCADAS RS进行试验室耐久性试验

通过Simcenter SCADAS RS EtherCAT单元，与试验台架建立实时连接

主要特点

• 即插即用，设置简单

• 每个EtherCAT单元最多可支持96个通道

• 将信号传输至EtherCAT总线

• 实时端到端延迟小于100μs

• 实时总线采样速率高达10kHz

• 通过CANopen接口完成设置传输

使用 Simcenter SCADAS Mobile进行试验室耐久性试验

通过Simcenter SCADAS Mobile ESO64模块，与试验台架建立实时连接

主要特点

• 自由选择将哪些通道信号，输出至EtherCAT总线上

• 每个ESO64模块最多支持64个通道

• 实时端到端延迟为300μs

• 实时总线采样速率高达10kHz

• 支持CANopen智能通道名称

文章来源于：西门子官网

贝思科尔（BasiCAE），专注于为国内高科技电子、半导体、通信等行业提供先进的电子设计自动化（EDA）、工程仿真分析（CAE）、半导体器件热阻（Rth）及功率循环（Power Cycling）热可靠性测试，以及研发数据信息化管理的解决方案和产品服务。