CAEfatigue：耐久性仿真的极速引擎与 UltraLAB 精准算力配置指南

导语：在产品设计领域，数百万次的重复加载循环测试往往过于昂贵、耗时且不现实。有限元分析能告诉你应力"热点"在哪里，却无法告诉你这些热点何时会因疲劳而失效。Hexagon CAEfatigue 作为市场上最快速、最稳健的疲劳与随机响应求解器，以独特的 Running Sum Technology 将频域疲劳分析效率提升上百倍，让耐久工程师在分钟级内完成过去需要数天的振动疲劳评估。本文将系统拆解 CAEfatigue 的核心模块、计算特征与行业应用，并给出与之精准匹配的 UltraLAB 定制工作站配置方案。

一、CAEfatigue 核心模块全景解析

1. CAEfatigue TIME —— 时域耐久性与疲劳分析模块

• 利用 MSC Nastran、Ansys、Abaqus 等主流求解器的应力/应变结果，计算静态和动态时域耐久性与疲劳损伤。
• 内置 Loads Scheduler 图形化工具集，支持从 RPC、CSV 文件生成基于时间的输入载荷，涵盖块加载、确定性波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波）、正弦扫描、XY 表格输入等多种载荷形式。
• 支持准静态、完全瞬态以及模态参与因子与模态应力组合的瞬态分析。
• 可在同一分析中同时使用应力寿命（S-N）法和局部应变寿命（E-N）法，并支持平均应力修正。

• 汽车底盘控制臂在道路载荷谱（RPC 文件）下的时域疲劳寿命预测
• 轨道交通转向架在实测振动时程数据下的损伤累积评估
• 工程机械结构在复杂作业循环载荷下的低周疲劳分析

2. CAEfatigue FREQUENCY —— 频域随机响应与振动疲劳模块

• 在 TIME 模块基础上，支持从 Nastran、Abaqus、Ansys 等求解器获取系统传递函数，计算基础振动（单输入）或多输入随机载荷引起的频域随机响应与疲劳损伤。
• 内置 TIME2PSD 工具集，可将多通道、多事件时域数据自动转换为自谱和互谱 PSD 加载矩阵文件，实现时域到频域的无缝衔接。
• 支持任意数量的随机载荷输入，包括仅随机、正弦+随机、仅正弦、正弦扫描、谐波正弦等混合载荷形式。
• 可处理无限多个相关联输入，并准确计算各输入之间的互相关影响。

• 航天器在发射段随机振动 PSD 载荷下的疲劳寿命评估
• 汽车电子控制单元（ECU）在发动机舱宽频随机振动下的可靠性验证
• 风电主轴轴承座在风载随机谱作用下的高周疲劳预测

3. CAEfatigue PREMIUM —— 旗舰全功能模块

• 包含 FREQUENCY 模块的全部功能，同时覆盖时域与频域的随机响应及疲劳损伤计算。
• 高级随机输出：计算位移、速度、加速度和力的随机响应统计量，用于检测结构"异响"（Buzz, Squeak & Rattle）状态。
• 载荷级联与代理载荷：支持从模型的一个区域转移或级联载荷到另一个模型，开发更简单的代理负载——用单个输入代替多个输入，大幅降低试验与仿真复杂度。
• 混合载荷分析：允许独立使用确定性载荷，或混合确定性与随机载荷进行组合分析。
• 焊接疲劳分析：支持时域和频域中的点焊、缝焊分析，以及频域中用户自定义焊接形状。

• 整车级多通道道路载荷（确定性）与发动机振动（随机）同时作用的混合疲劳分析
• 汽车白车身点焊与缝焊在耐久试验条件下的疲劳寿命评估
• 复杂机电系统异响（NVH）问题的随机响应诊断与优化

4. 应力寿命与应变寿命基础模块

• 基于有限元模型的应力/应变结果、载荷变化历程和循环材料属性，使用全寿命法评估产品寿命。
• 应力寿命（S-N）法：适用于高周疲劳（弹性主导），基于名义应力或等效应力幅值预测寿命。
• 局部应变寿命（E-N）法：适用于低周疲劳（塑性主导），基于缺口根部局部应变幅值预测裂纹萌生寿命。
• 内置可修改的 S-N、E-N、循环和成分曲线材料数据库。

• 航空铝合金结构的高周疲劳定寿
• 汽车底盘焊接件的低周疲劳评估
• 通用机械零部件在交变载荷下的寿命预测

5. 图形化流程界面与 Control File 双模式

• 流程图界面：面向新手与耐久工程师，无需理解控制文件格式，通过直观的图形化流程快速建立分析任务，降低技术门槛。
• Control File 文本界面：面向高级用户，可快速创建输入控制文件，大量变量在默认模式下自动计算，支持批处理与 DOE（实验设计）参数化研究。
• 内置培训体系：软件帮助菜单内含超过 100 小时的视频培训教程与 100 多道测试题，实现技术快速转移。

• 企业级仿真流程标准化与模板开发
• 设计阶段快速 DOE 迭代，一次性运行数百个疲劳分析任务
• 跨部门技术普及，让非疲劳专家也能完成可靠的耐久性评估

二、行业应用场景全景

三、CAEfatigue 计算特征与硬件瓶颈分析

1. 核心技术优势：Running Sum Technology

• 频域法 vs 时域法：在电池包随机振动疲劳案例中，频域法计算效率比时域法高约 134 倍，而总振级和应力 RMS 值的相对误差小于 16%。
• 单次分析产出：可在单一执行中同时产出随机响应统计量（位移、速度、加速度、力）和疲劳结果（寿命、损伤、安全系数），避免重复计算。

2. 硬件敏感点分析

关键洞察：CAEfatigue 是"内存容量 + 内存带宽 + CPU 多核/主频"三重敏感型软件。频域分析对内存带宽和多核并行效率要求极高；时域分析对单核主频和内存容量要求更高；DOE 批量任务则需要高并发计算能力与高速 I/O。

3. 系统与存储建议

• 操作系统：Windows 11 Pro / Windows Server / RHEL / Ubuntu LTS（大型 DOE 推荐 Linux）
• 存储：NVMe SSD 为刚需，疲劳结果文件（尤其是时域分析）体积庞大，建议系统盘与数据盘分离，数据盘选用 4TB+ 企业级 NVMe

四、UltraLAB 定制工作站配置推荐

方案 A：工程师个人桌面级（单模型/中小规模时域分析）

方案 B：专业仿真工作站（大规模频域/整车级/多通道 PSD）⭐ 推荐

方案 C：企业级耐久仿真中心（超大规模/DOE 批量/7×24）

方案 D：超频极速版（DOE 迭代/时域分析加速）

五、结语

如需获取针对您具体载荷类型与模型规模的 UltraLAB 配置方案，欢迎访问 xasun.com 或联系我们的技术顾问，获取一对一的仿真加速方案。

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