疲劳分析方法有很多种，其中，使构件在一定设计寿命内不发生疲劳破坏的设计，称为安全寿设计或有限寿命设计。民用飞机、容器、管道燕车等大都采用安全寿命设计。一般通用有限元我劳分析软件也采用安全寿命法。其流程如图21-3所示，主要步骤如下
图21-3 安全寿命设计方法
1）对工程构件进行有限元分析。
2）将变幅值循环载荷通过雨流计数转换为恒载荷。
3）通过试验方法得到材料的疲劳性能，如SN曲线。
4) 将试验曲线根据构件的实际情况(如表面粗糙度、温度等)进行修正。5)根据修正的材料曲线，采用损伤累积方法评
5) 根据修正的材料曲线，采用损伤累积方法评估构件疲劳寿命，
SN 疲劳曲线的获得
材料疲劳性能试验所采用的标准试件一般为小尺寸(3~10mm)光滑圆柱试件。材料的SN曲线给出的是光滑试件在恒幅对称循环应力作用下的寿命。理论上，用一组标准试件在给定的应力比下施加不同的应力幅来进行疲劳试验，并记录相应的寿命，即可得到图 21-4 所示的 SN 曲线。
但是实际试验中疲劳寿命存在一定的分散性，在同一应力水平作用下，疲劳寿命最高值与最低值相差可达数 10倍以上，这是由于试验材料的不均匀性、试验加工过程的不一致性等导致的。在同一应力水平下，疲劳寿命呈正态分布。在不同的应力水平取相同概率的寿命点，比如50%，由这些点连成的曲线称为 50%存活率 SN 曲线，如图 21-5 所示。
图21-4 SN曲线获取
图21-5 50%存活率SN曲线
由SN曲线确定的对应于寿命N的应力称为疲劳寿命N的“疲劳强度”。由图21-5可知，在给定的应力比下，应力幅越小，寿命越长。当应力幅小于某极限值时，试件不发生破坏，寿命趋于无限长。N趋于无穷大时所对应的应力幅的极限值称为材料的“疲劳极限”。特别的，R=-1时对称循环下的疲劳极限记作S(R=-1)，简记为S-1。
由于疲劳极限是由试验确定的，试验不可能一直做下去，故在许多试验研究的基础上，将所谓的“无穷大”定义为钢材10?次循环、焊接件2x10“次循环、有色金属10“次循环。满足S.<S,的设计，即无限寿命设计。
SN曲线的表达式为
式中，S,和b, 为材料常数。两边取对数，式(21-4)可重写为
可以看到log(S,)相对于log(N,)线性变化，即SN曲线在双对数坐标下为直线。
本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》，版权归原作者所有，如有侵犯您的权益，请及时联系我们，我们将立即删除。
