1、1 .在疲勞分析的背景下，在越來越激烈的市場競爭中，產(chǎn)品的壽命和可靠性越來越受到關(guān)注，每年由于結(jié)構(gòu)疲勞，大量的產(chǎn)品在其有效壽命期內(nèi)被廢棄，疲勞破壞導(dǎo)致的惡性事故也時有發(fā)生。 據(jù)統(tǒng)訂，每年早期斷裂造成的損失達(dá)$1190億美元，其中95%為疲勞斷裂，應(yīng)用疲勞耐久性技術(shù)，其中50%可以避免，因此許多企業(yè)都將疲勞耐久性作為產(chǎn)品質(zhì)量管理的重要指標(biāo)。 在傳統(tǒng)的設(shè)置修訂過程中，機(jī)械產(chǎn)品的疲勞壽命通常通過一定量的物理樣機(jī)的耐久試驗得到，不僅試驗周期長、費(fèi)用高，而且在試驗中還得不到許多相關(guān)的殘奧儀表和故障的定量關(guān)系，試驗結(jié)論可能受到許多偶然因素的影響。 產(chǎn)品投入市場后，出現(xiàn)耐久性問題，許多新產(chǎn)品失去競爭力，給企

2、業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時對企業(yè)形象產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響。 在我國，疲勞耐久性和可靠性問題更加普遍，是國產(chǎn)產(chǎn)品缺乏國際競爭力的最重要因素之一。 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而誕生的現(xiàn)代修訂技術(shù)使企業(yè)能夠以低成本修訂高耐久性產(chǎn)品。 在產(chǎn)品設(shè)定修訂階段采用ANSYS-SAFE，可以在物理原型制造前進(jìn)行疲勞分析和最優(yōu)化設(shè)定修訂，預(yù)測產(chǎn)品壽命，實現(xiàn)等壽命周期設(shè)定修訂，大幅度降低物理原型制造和耐久性試驗帶來的巨大研究開發(fā)費(fèi)用。 2 .疲勞的基本概念，疲勞的定義材料和結(jié)構(gòu)承受多次重復(fù)變化的載荷后，應(yīng)力值沒有超過材料的強(qiáng)度極限，但即使低于彈性極限也可能發(fā)生破壞。 這種交變負(fù)荷對材料和結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象稱為疲勞破壞。 疲

3、勞斷裂的特征材料力學(xué)是通過靜力試驗確定材料的機(jī)械性能(如彈性極限、屈服極限、強(qiáng)度極限)，這些機(jī)械性能沒有充分反映材料的交變載荷產(chǎn)生的特性。 因此，依靠交變負(fù)荷進(jìn)行動作的部件和部件，如果還是以靜負(fù)荷進(jìn)行設(shè)定修正，則在使用中經(jīng)常會產(chǎn)生突然的破壞。 疲勞破壞與傳統(tǒng)的靜力破壞有很多明顯的本質(zhì)區(qū)別：靜力破壞是由一次最大負(fù)荷引起的破壞；疲勞破壞是由多次重復(fù)負(fù)荷引起的破壞，不是在短期內(nèi)發(fā)生的。 如果靜應(yīng)力小于屈服極限或強(qiáng)度極限，則會發(fā)生靜力破壞，另一方面，交變應(yīng)力遠(yuǎn)小于靜強(qiáng)度極限，在小于屈服極限的情況下，有可能發(fā)生疲勞破壞。 靜力破壞通常產(chǎn)生明顯的塑性變形的疲勞破壞，通常沒有外在的宏觀顯著的塑性變形的征兆，

4、表示即使是塑性良好的金屬也像脆性破壞一樣難以事先察覺，疲勞破壞有更大的危險性。 在靜力破壞的斷口，通常只出現(xiàn)粗粒狀或纖維狀的特征的疲勞破壞的斷口，總是出現(xiàn)2個區(qū)域的特征，一個平滑，另一個粗粒狀或纖維狀。 疲勞破壞時，首先在某一點發(fā)生微小的龜裂，將其起點稱為“疲勞源”，龜裂從疲勞源開始逐漸向周圍擴(kuò)展。 由于反復(fù)變形，裂開的兩面被擠壓或松弛反復(fù)摩擦，形成光滑的區(qū)域。 交變負(fù)荷持續(xù)作用時，裂縫逐漸擴(kuò)大，負(fù)荷面積逐漸減少，直到材料和構(gòu)件的靜強(qiáng)度不足時，由于某種負(fù)荷而突然斷裂，其斷裂面呈粗粒狀或纖維狀。 靜力破壞的阻力主要取決于材料本身，疲勞破壞的阻力與材料的組成、構(gòu)件的形狀和尺寸、表面狀況、使用條件以

5、及外界環(huán)境有關(guān)。 3、疲勞破壞基本知識、疲勞破壞的斷口形狀、3.1疲勞破壞的3階段裂紋的發(fā)生、進(jìn)展和斷裂3階段。 其中裂紋發(fā)生階段占疲勞壽命整體的極大部分。疲勞破壞的3階段，3.2疲勞載荷的簡要說明maximum load=pmaxminimumload=pminloadrangedp=pmax-pminloadamplitudepa=p/2 (載荷振幅) (alsocalledalterred memes ) 2loadratior=(pmax)/(pmin ) (負(fù)荷比循環(huán)特征) amplitude ratio A=(Pa)/(Pm表示無論經(jīng)過多少循環(huán)，只要應(yīng)力振幅小于耐久極限應(yīng)力，就不會

6、引起疲勞破壞。 耐久曲線(負(fù)荷寬度和周期數(shù)均可取常用對數(shù)log10 )、疲勞試驗結(jié)果、4 .疲勞數(shù)據(jù)的普及不適用于特定部件的應(yīng)力寬度和耐久曲線的關(guān)系，部件的形狀改變時無效。 為了廣泛使用這一關(guān)系，必須在三個方面推進(jìn)常量振幅的耐久曲線用于復(fù)雜的負(fù)荷履歷的分析，以及將常量振幅的耐久曲線用于復(fù)雜的負(fù)荷履歷的分析。從光滑的試驗片測得的耐久曲線，從用于不同形狀的零件的一種材料測得的耐久曲線，對另一種材料的疲勞壽命進(jìn)行了修正4.1復(fù)雜負(fù)荷分析，由兩個常數(shù)振幅負(fù)荷構(gòu)成的負(fù)荷履歷假定該負(fù)荷履歷重復(fù)，直到零件破壞的實際疲勞分析要求能夠修正承受各種不同振幅的復(fù)雜負(fù)荷的零件的疲勞壽命為止，只要負(fù)荷只能從前頁的大值P

7、a1得到，就能夠從耐久曲線圖(左)得到同樣，如果負(fù)荷僅由前頁的比較小的值Pa2構(gòu)成，則在右圖中，破壞時刻n2/N2=1。 然后根據(jù)組合載荷修正壽命。 假定不同振幅的載荷單獨作用，n/N=1時發(fā)生破壞。 對于兩個載荷的組合，如果n1/N1 n2/N2=1，零件將被破壞。 對于更復(fù)雜的載荷，有幾種不同的振幅，疲勞破壞發(fā)生的條件是，的例子載荷組成10 cyclesofaloadamplitude 100 k n 2000 cyclesofaloadamplitude 10 knloadamplitudeappliedcycl n 100101040.001102001060.0020.003在校正的

8、(n/N)=0.003根據(jù)Miners規(guī)則，總和值(n/N)=1時被破壞。 即，上述負(fù)荷組合的重復(fù)次數(shù)為333次時，會發(fā)生破壞。 因此，修正后的壽命也作為負(fù)荷履歷重復(fù)333次。 4.3平均應(yīng)力的影響、平均應(yīng)力影響疲勞壽命，對于相同的應(yīng)力振幅，平均應(yīng)力越高，疲勞壽命越短。 因此，疲勞分析還必須進(jìn)行平均應(yīng)力校正。 下圖顯示了平均應(yīng)力對疲勞壽命的影響。 在彎曲中測量的大、小試驗片接近表面的地方受到大應(yīng)力的材料的體積，因為疲勞裂紋的發(fā)生是表面現(xiàn)象，所以對構(gòu)件表面的任何處理都會對疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響。 這些重要因素是表面質(zhì)量：磨、車加工、軋制、鑄造、鍛壓。 表面處理：電鍍或包層。 組裝過程和噴丸硬化、滾

9、壓等特殊處理導(dǎo)入的殘馀應(yīng)力。 運(yùn)用環(huán)境：腐蝕性氣體、鹽水腐蝕和使用溫度。 接觸面之間的微動磨損。 5、疲勞分析的基本方法。 用于分析單軸數(shù)據(jù)，應(yīng)力幅度用于修正疲勞壽命。 單軸數(shù)據(jù)在實際問題中很少，通常推薦多軸算法。 該算法可以通過使用S-N曲線和局部應(yīng)變材料數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。 使用局部應(yīng)變材料數(shù)據(jù)時，疲勞壽命曲線由以下公式確定： 否則，壽命曲線由材料數(shù)據(jù)庫中指定的SN值決定。 稍后將描述不執(zhí)行Goodman、Gerber或平均應(yīng)力校正。 用于5.1單軸應(yīng)力壽命分析、5.2單軸應(yīng)變疲勞壽命算法、單軸數(shù)據(jù)分析，彈塑性應(yīng)變寬度用于疲勞壽命的修正計算。 單軸數(shù)據(jù)在實際問題中不多，推薦多軸算法。真正的局部應(yīng)力幅度與耐久性的關(guān)系：真正的局部應(yīng)力幅度與耐久性的關(guān)系：平均應(yīng)力修正的三個等效壽命方程式如下：Smith-Watson-Topper平均應(yīng)力修正：Morrows平均應(yīng)力修正：不進(jìn)行平均應(yīng)力修正的應(yīng)力周期中：應(yīng)力范圍Smax-Smin應(yīng)力幅度(smax ) 相對于2平均應(yīng)力(smaxsm