达索系统SIMULIA fe-safe是一款高级疲劳耐久性分析和信号处理的软件，基于有限元模型的疲劳寿命分析软件包，它是多轴疲劳分析解决方案的领导者，算法先进，功能全面细致，是世界公认精度最高的疲劳分析软件。既支持基于疲劳试验测试应力和应变信号的疲劳分析技术，也支持基于有限元分析计算的疲劳仿真设计技术。具有完整的材料库、灵活多变的载荷谱定义方法、实用的疲劳信号采集与分析处理功能以及丰富先进的疲劳算法，完整的输出疲劳结果。
fe-safe软件包由通用模块和附加模块构成。通用模块包括用户界面、材料数据库管理系统、疲劳分析程序和信号处理程序。附加模块包括焊接结构疲劳分析模块fe-safe/verity, 蠕变疲劳分析模块fe-safe/TURBOlife, 橡胶疲劳分析模块fe-safe/Rubber。
图1 附加模块
焊接结构疲劳分析模块fe-safe/Verity，可以预测焊点和焊接结构的破坏位置，计算疲劳寿命。无论是点焊、线焊、焊球，还是复杂载荷加载或者多轴疲劳问题。Verity是基于等效结构应力和主S-N曲线，相比较于传统基于名义应力的BS5400/7608方法，等效结构应力不具有网格敏感性，在不同网格尺寸下都能获得精确一致的疲劳仿真结果，单一通用的疲劳设计主S-N曲线，较大程度上提升了软件设置上的易用性。
图2 三种不同网格的结构应力
图3 不同网格下的名义应力和结构应力
图4 传统S-N曲线与主S-N曲线
图5 缝焊疲劳计算
在疲劳分析产品和服务中，fe-safe是旗舰性产品。在软件开发和维护过程中，每年投入数千万美元用于研发，并进行了大量的材料和实际结构构件的试验验证。每年的新版本中，引入了大量功能改进，添加了很多新特征和一些独特的功能，使其功能更强大，更易于使用。fe-safe 2022新版本已经正式发布，下面介绍一些比较重要的功能更新：01
Verity模块：支持频率域求解的PSD方法
SIMULIA fe-safe
对于基础金属疲劳，很早就已经支持基于频率域的PSD方法，来计算振动疲劳。现在，对于基于等效结构应力的verity焊接结构疲劳分析，也支持基于频率域的PSD方法，无论是线焊还是点焊。对于长时间的随机载荷加载，使用基于时间的方法，计算成本要远高于基于PSD（频率域）的方法，而且，在很多情形，用户不能获取基于时间的载荷信号。
02
Verity模块：大幅提升焊接自动探测的能力
SIMULIA fe-safe
新版本，对于模块中，定义焊接结构各种类型的疲劳失效模式所用到的自动探测功能进行了大幅提升。包括:
- 添加了焊趾深入基板的失效模式。
- 能更好地探测焊趾域。
- 以剪切为主的失效计算对弯曲焊缝具有更强的鲁棒性和更少的噪音。
- 焊喉失效焊缝末端环绕角和包络角改善。
- 支持焊线自动打断。
03
Verity模块：焊缝建模不再需要完美的结构化网格
SIMULIA fe-safe
对于焊缝的建模，每个焊线节点下，厚度方向上，不再需要完美的结构化网格，但仍然需要沿假定裂纹表面定义的单元面。
04
通用模块：更多新的算法支持Theory of Critical Distances (TCD，临界距离理论)
SIMULIA fe-safe
裂纹是否会扩展取决于在表面以下一段距离处的应力，临界距离是一个材料属性。原来仅仅法向应力算法支持临界距离理论，新版本里，以剪切应力主导的算法，如Susmel-Lazzarin、Matake algorithms也开始支持临界距离理论。并且为此开发了新的界面。
05
通用模块：增加了基于弹塑性有限元的热-机械疲劳
SIMULIA fe-safe
基于Fraunhofer IWM在过去20年开发的DTMF技术，以插件的形式，增加了基于弹塑性有限元的热-机械疲劳。
06
通用模块：支持Tosca尺寸优化时，有效计算焊接疲劳寿命的敏感性
SIMULIA fe-safe
支持在一个优化流程中，集成abaqus、tosca、fe-safe/verity，来综合考虑重量、刚度和焊接疲劳寿命之间的最优关系，例如优化焊接底盘框架的板厚尺寸，来显著降低重量。
fe-safe作为全球疲劳分析技术的领导者，疲劳分析功能全面，基于多轴高级应变算法，计算准确度高，支持分布式并行计算，支持多核并行，计算效率高。已经被广泛应用在众多领域内，包括从空间站、飞机发动机到汽车、火车，从空调洗衣机等家电产品到电子通讯系统，从舰船到石化设备，从内燃机、核能、电站设备到通用机械等各个领域。
