疲劳强度不是这么类比的

寂静回声

问

答

你这是把疲劳强度计算简单等同于屈服强度公式计算了，不是这么回事。

疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力，称为疲劳强度或疲劳极限。实际上，金属材料并不可能作无限多次交变载荷试验。常规疲劳强度计算是以名义应力为基础的，可分为无限寿命计算和有限寿命计算。

钢材的S-N曲线的右侧是一条水平渐近线，水平线起始点对应的应力值称为疲劳极限。疲劳极限表明，只要最大应力小于疲劳极限，应力循环次数可以无限大而不发生破坏。水平线起始点的横坐标Ne大约为10^7，N>=Ne的区域称为无限寿命区。根据S-N曲线水平线段进行的疲劳强度计算称为无限寿命计算。疲劳曲线的左侧是一条近似斜线，在斜线段N<Ns，称为有限寿命区，根据这段斜线所作的疲劳强度计算称为有限寿命计算。

1.如果零件的应力循环次数N<=Ns（Ns为疲劳曲线上材料屈服极限σ ）对应的循环数，一般取Ns≈10^5，零件受静强度条件控制，不需作疲劳强度计算。

2.如果零件的应力循环次数N大于Ns，但是小于Ne（Ne称为应力循环基数），对于钢材Ne≈10^7。根据零件对应的疲劳强度σ [rk]′ 对零件进行有限寿命疲劳计算。

3.如果零件的应力循环次数N>=Ne，根据疲劳极限σ [rk]对零件进行无限寿命疲劳计算

为了确保是否需要进行疲劳计算，以及在进行疲劳计算时确定零件的疲劳强度，都需要对零件在设计寿命期内的应力循环次数进行计算。

零件在设计寿命期内的应力循环数N位：N=FZ

式中 Z--零件的设计寿命（h），一般按照机构的设计寿命选取；

F--零件每小时应力循环数，应力变动值小于最大应力绝对值的10%时，不计其应力循环数

http://www.doc88.com/p-7498627709712.html

对每个设计进行物理测试明显是不现实的。在多数应用中，疲劳安全寿命设计需要预测零部件的疲劳寿命，从而确定预测的工况载荷和材料。计算机辅助工程(CAE) 程序使用三种主要方法确定总体疲劳寿命。这些方法是：

应力寿命方法(SN)

这种方法仅基于应力水平，只使用W&ouml;hler 方法。尽管不适用于包含塑性部位的零部件，低周疲劳的精确度也乏善可陈，但这种方法最容易实施，有丰富的数据可供使用，并且在高周疲劳中有良好的效果。

·应变寿命(EN)

这种方法可以对局部区域的塑性变形进行更详细的分析，非常适合低周疲劳应用。但是，结果存在一些不确性。

线性弹性破坏力学(LEFM)

这种方法假设裂缝已经存在并且被检测到，然后根据应力强度预测裂缝的增长。借助计算机代码和定期检查，这种方法对大型结构很实用。由于易于实施并且有大量的材料数据可用，SN 是最常用的方法。

设计人员使用SN 方法计算疲劳寿命

在计算疲劳寿命时，应考虑等幅载荷和变幅载荷。

这种方法假设零部件在恒定的幅度、恒定的平均应力载荷周期下工作。通过使用SN 曲线，设计人员可以快速计算导致零部件发生失效的此类周期数量。而对于零部件需要在多种载荷下工作的情况，则可采用Miner 规则来计算每种载荷情况的损坏结果，并将所有这些损坏结果合并起来获得一个总体的破坏值。

其结果称为“损坏因子”，是一个失效分数值。零部件在D = 1.0 时发生失效，因此，如果D = 0.35，该零部件的寿命已经消耗了35%。这一理论还认为由应力周期导致的损坏与损坏在载荷历史的哪个位置发生无关，并且损坏积累速度与应力水平无关。

这种方法假设零部件在恒定的幅度、恒定的平均应力载荷周期下工作。通过使用SN 曲线，设计人员可以快速计算导致零部件发生失效的此类周期数量。

而对于零部件需要在多种载荷下工作的情况，则可采用Miner 规则来计算每种载荷情况的损坏结果，并将所有这些损坏结果合并起来获得一个总体的破坏值。其结果称为“损坏因子”，是一个失效分数值。零部件在D = 1.0 时发生失效，因此，如果D = 0.35，该零部件的寿命已经消耗了35%。这一理论还认为由应力周期导致的损坏与损坏在载荷历史的哪个位置发生无关，并且损坏积累速度与应力水平无关。

在真实的环境条件下，多数零部件承载的载荷历史是不断变化的，幅度和平均应力都是如此。因此，更为通用和现实的方法需要考虑变幅载荷，在这种情况下，应力尽管随着时间循环反复，但其幅度是变化的，这就有可能将应力分解成载荷“块”。在处理这种类型的载荷时，工程师使用一种称为“雨流法计数”的技术。附录B 讨论如何研究FEA 疲劳结果，它就雨流法计数提供了更多信息。

在通过SN 方法研究疲劳方面，FEA 提供了一些非常优秀的工具，这是因为输入由线弹性应力场组成，并且FEA 能够处理多种载荷情况交互作用的可能情形。如果要计算最坏情况的载荷环境（这是一种典型方法），系统可以提供大量不同的疲劳计算结果，包括寿命周期图、破坏图以及安全系数图。此外，FEA 可以提供较小主要交替应力除以较大主要交替应力的比率的图解（称为双轴性指示图），以及雨流矩阵图。后者是一个3D 直方图，其中的X 和Y 轴代表交替应力和平均应力，Z 轴代表每个箱所计的周期数。

根据应力循环数分为高周疲劳和低周疲劳。

低周疲劳指材料所受力较高，通常接近或超过屈服极限，断裂前的应力循环次数一般少于10^4-10^5，每次循环过程中都发生塑性变形。低周疲劳破坏就是塑性变形累积的结果。

高周疲劳是指材料所受的交变应力远低于材料的屈服极限，断裂前的应力循环次数大于10^5，通常用疲劳曲线（S-N曲线）来描述该材料的疲劳特性。高周疲劳的寿命主要指的是裂纹萌生寿命。高周疲劳采用常规疲劳计算方法。