疲劳分析的相关知识(流程)
机械设计中的疲劳分析
机械设计中的疲劳分析在机械设计中，疲劳分析是一个关键的环节。
疲劳是指材料在循环应力加载下发生的逐渐累积的损伤现象，其主要机理是由于循环载荷引起的应力集中、材料本身的缺陷、摩擦、腐蚀等因素导致材料的损坏。
因此，进行疲劳分析可以帮助工程师预测和评估机械零件的寿命，并采取相应的措施来提高机械零件的可靠性和耐久性。
1. 疲劳分析的背景机械零件在使用过程中会受到循环载荷的作用，随着时间的推移，持续循环加载会导致零件疲劳破坏。
因此，为了确保机械零件在设计寿命内不发生疲劳破坏，疲劳分析变得非常重要。
2. 疲劳分析的基本步骤疲劳分析的基本步骤包括以下几个方面：2.1 材料特性的确定疲劳分析的前提是对材料的特性进行准确的测定。
常见的材料特性包括弹性模量、屈服强度、韧性等。
根据工程的具体要求，选择适合的材料参数很关键。
2.2 载荷和边界条件的分析在进行疲劳分析时，需要明确零件所受到的载荷和边界条件。
载荷分析可以通过实际测试、数值模拟等方法进行。
同时，边界条件的确定也是疲劳分析的重要一环，边界条件包括约束和支撑条件等。
2.3 使用应力历程进行分析应力历程是指在给定载荷和边界条件下零件所受到的应力变化情况。
通过计算应力历程，可以得到零件在不同工况下的应力状况，进而评估疲劳寿命。
2.4 使用疲劳曲线进行分析疲劳曲线是描述应力与寿命之间关系的图形表示。
通过将实测的应力历程与疲劳曲线进行比对，可以得到零件在给定工作条件下的疲劳寿命。
3. 疲劳寿命评估通过上述步骤的分析，可以得到零件的疲劳寿命。
疲劳寿命评估对于机械设计的合理性和可靠性至关重要，它关系到机械零件的安全性、稳定性和经济性。
4. 疲劳寿命提高措施为了延长机械零件的疲劳寿命，可以采取以下几个措施：4.1 材料的优化选择通过选用性能更好的材料，如高强度、耐磨、抗腐蚀等材料，可以提高机械零件的疲劳寿命。
4.2 减少应力集中在设计过程中，可以通过改进零件的几何形状，减少应力集中，从而降低疲劳破坏的风险。
疲劳分析方法及应用
疲劳分析方法及应用第一章：疲劳的基本概念1、疲劳疲劳，是固体力学的一个分支，主要研究材料或结构在交变载荷作用下的强度问题，研究材料或结构的应力状态与寿命的关系。
在交变载荷作用下，材料或结构的破坏现象，叫做疲劳破坏。
疲劳破坏时，应力值未超过强度极限，甚至会低于弹性极限。
2、疲劳破坏特征（较静力破坏）a、静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏；疲劳破坏是多次反复载荷作用下的破坏，非短期内，而是经历一定的时间。
b、静应力小于屈服极限或强度极限不会发生静力破坏；交变应力在远小于静强度极限、甚至屈服极限下，即可发生疲劳破坏。
c、静力破坏常有明显的塑性变形；疲劳破坏常没有外在宏观的显著的塑性变形。
d、静力破坏断口，呈现粗粒状或纤维状特征；疲劳破坏断口，呈现2个区域特征：平滑区、粗粒状或纤维状。
e、静力破坏的抗力主要取决于材料本身；疲劳破坏的抗力与材料、结构形状尺寸、表面状况、外界环境有关。
3、疲劳破坏过程a、裂纹的产生——裂纹扩展——失稳断裂；由于裂纹失稳断裂是一个很快的过程，对疲劳寿命影响非常小，在疲劳分析中一般不予考虑。
所以一般考虑裂纹产生和裂纹扩展2部分的寿命。
其中裂纹产生阶段占了整个疲劳寿命的极大部分。
4、疲劳分类疲劳前循环次数：高周疲劳：材料所受到交变应力低于材料屈服极限，甚至只有屈服极限的三分之一左右，疲劳前循环次数大于10e5到10e7；低周疲劳：材料所受的交变应力较高，通常接近或超过屈服极限，疲劳破坏前循环次数较少，一般小于10e4到10e5.按应力状态：单轴疲劳：单向循环应力作用下的疲劳，即只承受单向正应力或单向剪应力。
多轴疲劳：多项应力作用下的疲劳，也称复合疲劳，如弯扭复合疲劳、双轴拉伸疲劳、三轴应力疲劳等。
按载荷的幅度与频率恒幅疲劳：交变应力的幅度与频率均固定不变；变幅疲劳：交变应力的幅度变化，频率不变；随机疲劳：应力幅度与频率都随机变化。
按载荷工况与工作环境常规疲劳：在室温、空气介质中疲劳；低温疲劳：低于室温的疲劳；高温疲劳：高于室温的疲劳；机械疲劳：仅有交变应力或应变波动造成的疲劳；热疲劳：温度循环变化产生的热应力所致的疲劳；热—机械疲劳：温度循环与应变循环叠加的疲劳；腐蚀疲劳：腐蚀环境与循环应力（应变）的复合作用下导致的疲劳；接触疲劳：材料在循环接触应力作用下，产生局部永久性积累损伤，经一定的循环次数后，接触表面产生麻点、浅层或深层剥落的失效形式；冲击疲劳：重复冲击载荷导致的疲劳。
★★★疲劳分析
一、绪论疲劳，是固体力学的一个分支，它主要研究材料或结构在交变载荷作用下的强度问题，研究材料或结构的应力状态与寿命的关系。
金属、塑料、木材、混凝土、玻璃、橡胶和复合材料等各种结构材料及其加工成的结构或设备，在载荷的反复作用下，都会产生疲劳问题。
据统计，在三大主要破坏形式(磨损、腐蚀和断裂)之一的断裂失效中，结构破坏的80%以上都是由疲劳引起的。
疲劳破坏在工程结构和机械设备中极为广泛，遍及每一个运动的零部件，不管是脆性材料还是塑性材料，疲劳破坏由于没有明显的宏观塑性变形，破坏十分突然，往往造成灾难性的事故。
因此，对于承受循环载荷的零部件都应进行疲劳强度设计。
疲劳所涉及面之广几乎涵括汽车、铁路、航空航天、海洋工程以及一般机器制造等各个工业领域。
近年来，有限元方法的不断成熟使得CAE分析结果的精度和可靠性有了很大的提高。
现在全球各大汽车公司，在产品的并行开发过程中，广泛地将CAE技术同步应用于车身开发，如刚度、强度、NVH分析、机构运动分析等。
作为车身CAE的一个重要方面——疲劳耐久性CAE分析技术，基于有限元应力应变结果，结合承受载荷的变化历史和材料的性能参数，并应用相应的疲劳损伤理论来预测构件的疲劳寿命。
与基于试验的传统疲劳分析相比，疲劳CAE技术能够提供零部件表面的疲劳寿命分布图，可以在设计阶段判断零部件的疲劳寿命薄弱位置，能够减少试验样机的数量，大大缩短产品的开发周期，降低产品开发成本，提高市场竞争力。
二、疲劳基本概念2.1 疲劳定义疲劳的一词的英文是fatigue，意思是“劳累、疲倦”。
作为专业术语，用来表达材料在循环载荷作用下的损伤和破坏。
国际标准化组织(ISO)在1964年发表的报告《金属疲劳试验的一般原理》中对疲劳所做的定义是：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳；虽然在一般情况下，这个术语特指那些导致开裂或破坏的性能变化”。
这一描述也普遍适用于非金属材料。
2.2 疲劳破坏特点构件的疲劳破坏与静力破坏有着本质的不同，主要具有以下特点：(1) 在交变载荷作用下，构件中的交变应力在远小于材料的强度极限，甚至小于材料的弹性极限时，破坏就可能发生。
ncode疲劳分析流程
ncode疲劳分析流程nCode Fatigue 分析流程概述nCode Fatigue 是一款先进的疲劳分析软件，用于评估材料和结构在循环载荷和环境条件下的疲劳寿命。
其分析流程涉及以下关键步骤：1. 定义材料和几何导入或创建材料模型，包括应力-应变曲线、循环应力-寿命(S-N) 曲线和疲劳裂纹扩展速率 (da/dN) 曲线。
定义几何模型，包括零件几何形状、载荷施加点和约束条件。
2. 载荷和边界条件定义施加到结构上的载荷和边界条件，包括静力载荷、动力载荷和热载荷。
指定载荷时程或载荷谱，代表实际或预测的载荷条件。
3. 有限元分析 (FEA)通过 FEA 求解几何模型，以计算应力、应变和其他应力状态。
FEA 结果提供局部和全局应力分布，这些分布对于疲劳分析至关重要。
4. 疲劳损伤计算基于 FEA 结果和材料模型，计算疲劳损伤。
使用线性累积损伤理论或雨流计数算法考虑循环载荷的影响。
5. 疲劳寿命预测分析疲劳损伤分布，以预测结构的疲劳寿命。
疲劳寿命是由材料特性、结构设计和载荷条件共同决定的。
6. 灵敏度分析执行灵敏度分析以评估设计参数对疲劳寿命的影响。
通过改变材料特性、几何形状或载荷条件，可以确定最敏感的参数。
最佳实践使用准确的材料模型和几何模型。
仔细定义载荷和边界条件，代表真实情况。
校准 FEA 模型，以确保与实验结果一致。
考虑环境因素，如温度和腐蚀。
进行灵敏度分析以确定关键设计参数。
应用nCode Fatigue 可广泛应用于各种行业，包括：航空航天：飞机和发动机部件的疲劳分析汽车：汽车部件和系统的疲劳分析能源：风力涡轮机叶片和发电机部件的疲劳分析医疗设备：植入物和手术器械的疲劳分析通过遵循这些步骤和最佳实践，工程师可以使用 nCode Fatigue 准确评估结构的疲劳寿命，并优化设计以提高耐用性和安全性。
材料的疲劳强度分析
材料的疲劳强度分析疲劳是材料在循环载荷下产生的疲劳变形和疲劳破坏的一种失效形式。
在实际使用中，许多工程材料常处于交变或脉动载荷的作用下，例如机械零件、飞机翼、车轮等。
因此，了解材料的疲劳强度十分重要，可以有效预测材料在长期使用中的寿命和安全性。
材料的疲劳强度是指材料在循环载荷下能够承受的最大应力。
疲劳是一种累积性失效，慢慢积累的微小裂纹会逐渐扩展，最终导致材料断裂。
而裂纹的扩展速度与波动应力的强度、应力幅值以及加载频率有关。
在进行材料的疲劳强度分析时，通常需进行以下几个步骤：一、制备测试样品：根据研究的材料和结构形式，制备出代表性的材料测试样品。
例如，对于金属材料，可以选择制备标准的疲劳试样，如疲劳断裂试样。
二、加载测试样品：将测试样品放置于疲劳试验机中，对其施加循环载荷。
载荷可以是完全反转载荷、不完全反转载荷或只有一方向载荷等。
同时，需记录测试样品所受的载荷幅值、频率等参数。
三、监测实时数据：在加载过程中，需要实时监测样品的应变和应力变化。
这可以通过应变片、应变计或者压电传感器等装置来实现。
实时数据的监测可以帮助研究人员了解材料的疲劳行为。
四、分析测试结果：通过分析实验数据，可以得到材料的疲劳强度曲线。
通常使用S-N曲线表示材料的疲劳寿命，即循环载荷下材料能够承受的应力幅值与寿命的关系。
此外，还可以通过计算疲劳裂纹扩展速率来评估材料的疲劳性能。
五、疲劳寿命预测：利用得到的疲劳强度曲线和实际应力情况，可以用来预测材料的疲劳寿命。
疲劳寿命预测对于工程设计和材料选择非常重要，可以保证工程结构的可靠性和安全性。
综上所述，材料的疲劳强度分析是通过实验测试和数据分析，来评估材料在循环载荷下的疲劳性能和寿命。
准确了解材料的疲劳强度对于工程设计、寿命预测和安全性评估具有重要意义。
通过科学的方法和有效的测试，可以为材料的疲劳强度分析提供可靠的数据支持。
《疲劳分析介绍》课件
疲劳分析方法和工具的选择
提供选择合适的疲劳分析方法和 工具的指导。
疲劳分析在实际生产中的 应用展望
展望疲劳分析在实际生产中的应 用前景和发展方向。
2 疲劳裂纹的产生和扩展
疲劳裂纹是导致材料疲劳失效的主要原因，了解其产生和扩展的机理非常重要。
3 疲劳寿命
通过疲劳寿命评估材料和结构的使用寿命，确保其可靠性。
疲劳分析的方法
应力计算方法
使用数值模拟和有限 元分析等方法计算材 料和结构在循环载荷 下的应力分布。
应变计算方法
利用应变测量和应变 计算等技术评估材料 和结构的应变响应。
损伤积累方法
基于损伤机理和材料 特性，预测材料和结 构在循环载荷下的损 伤积累过程。
生命预测方法
结合实验数据和数值 分析，预测材料和结 构在循环载荷下的寿 命。
疲劳分析工具的使用
常用的工具介绍
介绍常用的疲劳分析工具和 软件，如ANSYS、ABAQUS等。
工具的优缺点比较
评估不同工具的特点和适用 性，选择适合的工具进行疲 劳分析。
工具的使用案例
分享使用疲劳分析工具进行 实际工程案例的经验和教训。
实例分析
1
实际应用例子分析
通过实际案例，详细分析材料和结构在循环载荷下的疲劳行为。
2
案例分析思路和方法
探讨进行疲劳分析的思路和方法，提供实践指导。
分析结果与结论
总结实例分析的结果，并得出相关的结论。
总结
疲劳分析的重要性和必要性
强调疲劳分析在工程领域中的重 要性和必要性。
疲劳分析介绍
疲劳分析是一项重要的工程领域，用于评估材料和结构在循环载荷下的寿命 和可靠性。本课程将介绍疲劳分析的基本概念和方法，以及在实际应用中的 意义。
疲劳分析步骤
现在要求对该轴进行疲劳分析。
使用WORKBENCH和DESIGNLIFE对之进行疲劳分析，分为两步。
第一步是在WORKBENCH中建立有限元模型，并分别施加集中力和集中力偶，通过计算，得到两种情况的米塞斯应力，这相当于两种工况，这样可以得到ANSYS WORKBENCH的结构分析结果文件*.rst.第二步在DESIGNLIFE中进行，首先根据疲劳分析的五框图，构造疲劳分析流程，然后分别设定各个框图的属性，即有限元结果文件，载荷文件，材料文件，疲劳分析选项，然后启动分析，通过后处理以查看轴上各点的疲劳寿命。
1. WORKBENCH中建立有限元模型并进行分析。
（1）使用designmodeler创建几何模型。
（2）设置材料属性。
（3）划分网格。
（4）设置分析选项。
这里设置两个载荷步，其目的只是分开弯曲和扭转这两种工况。
（5）设置固定边界条件（6）施加集中力和集中力偶。
第一个载荷步施加集中力，而第二个载荷步施加集中力偶。
（7）分析。
（8）得到两种情况的米塞斯应力。
左边的云图取自第一个载荷步，它是弯曲产生的应力云图。
右边的云图来自第二个载荷步，它是扭转产生的应力云图。
计算完毕后，保存结果，退出ANSYS WORKBENCH.2. DESIGNLIFE中的疲劳分析。
（1）绘制疲劳分析流程图。
打开designlife，创建分析流程图如下。
该流程图中，左边时输入（左上是有限元结果输入，左下是载荷的时间历程曲线输入），中间是疲劳分析模块（这里是应变寿命疲劳分析），右边是输出（右上是有限元分析结果显示，右下是列表输出危险点的情况）。
（2）关联有限元分析结果文件把可以用的数据中的有限元分析结果拖入到有限元输入框，建立关联。
（3）关联载荷文件把可以用的数据中的载荷时间历程文件拖入到时间序列输入框，建立关联。
（4）进行材料映射（5）进行载荷映射把第一种载荷工况（弯曲工况）与第一个时间序列建立关联。
它表明了该集中力在按照此载荷时间历程发生改变。
应力疲劳与应变疲劳分析流程
应力疲劳与应变疲劳分析流程应力疲劳与应变疲劳分析是一种对材料在长期受到交变载荷作用下的损伤和破坏进行研究的方法。
应力疲劳是指材料在交变载荷作用下，由于周期性应力超过其疲劳极限而引起的疲劳失效。
应变疲劳是指材料在交变载荷作用下，由于周期性应变超过其疲劳极限而引起的疲劳失效。
下面将介绍应力疲劳与应变疲劳分析的流程。
1.材料性能测试：首先需要对材料进行性能测试，确定其力学性能和疲劳性能。
力学性能测试包括拉伸试验、冲击试验等，疲劳性能测试主要包括疲劳寿命试验和疲劳裂纹扩展试验等。
2.应力/应变历程获取：通过实验或模拟计算得到材料在实际工况下的应力或应变历程。
应力或应变历程描述了材料在实际使用中的载荷变化规律，是进行疲劳分析的基础。
3.应力/应变分析：利用实验结果或有限元分析等手段对材料的应力或应变进行分析。
应力分析可以通过应力级数法、极限干扰法等方法，得到材料在不同载荷状态下的应力分布情况。
应变分析可以使用应变分布测试或数值模拟等方法，获得材料在不同应力状态下的应变分布情况。
4.损伤累积分析：根据得到的应力或应变分布情况，对材料的损伤进行累积分析。
损伤累积分析是基于疲劳寿命模型和疲劳裂纹扩展理论进行的，得到材料在不同工况下的疲劳寿命或裂纹扩展速率。
5.疲劳寿命预测：基于损伤累积分析的结果，可以预测材料在实际使用条件下的疲劳寿命。
对于应力疲劳，常用的寿命预测方法有S-N曲线法、评估疲劳损失法等。
对于应变疲劳，常用的寿命预测方法有应变寿命法、塑性应变范围法等。
6.疲劳强度评估：根据疲劳寿命预测的结果，对材料的疲劳强度进行评估。
疲劳强度评估是对材料在实际工况下的耐久性能进行综合评估，可以用于决策材料的选用与设计参数的确定。
总结起来，应力疲劳与应变疲劳分析流程包括材料性能测试、应力/应变历程获取、应力/应变分析、损伤累积分析、疲劳寿命预测和疲劳强度评估等步骤。
这些步骤相互关联，共同构成了对材料在长期受到交变载荷作用下的疲劳损伤和破坏进行分析和预测的方法。
如何进行建筑结构设计的疲劳分析
如何进行建筑结构设计的疲劳分析在建筑领域，确保结构的安全性和可靠性是至关重要的。
其中，建筑结构设计的疲劳分析是一个关键环节，它对于预测结构在长期反复荷载作用下的性能和寿命具有重要意义。
要理解建筑结构设计中的疲劳分析，首先需要明白什么是疲劳。
简单来说，疲劳就是材料或结构在反复荷载作用下，性能逐渐劣化，最终可能导致破坏的现象。
对于建筑结构，比如桥梁、高层建筑等，它们在使用过程中会不断受到车辆、风、地震等动态荷载的影响，这些反复作用的荷载可能会引发结构的疲劳问题。
那么，如何进行建筑结构设计的疲劳分析呢？这可不是一个简单的任务，需要综合考虑多个方面的因素。
第一步，要对结构所承受的荷载进行准确的分析和评估。
这包括了解荷载的类型、大小、频率和持续时间等。
比如，对于一座桥梁，车辆通过时产生的荷载是不断变化的，需要确定不同车型的重量、行驶速度以及车流量等信息，从而计算出桥梁所承受的动态荷载。
同时，风荷载也是一个重要因素，需要根据当地的气象数据和建筑的形状、高度等参数来确定。
第二步，要深入了解建筑材料的疲劳性能。
不同的材料具有不同的疲劳特性，例如钢材、混凝土等。
通过实验和研究，获取材料在反复荷载下的应力应变关系、疲劳强度和疲劳寿命等数据。
这些数据是进行疲劳分析的基础。
第三步，选择合适的疲劳分析方法。
常见的方法有基于应力幅的方法、基于损伤力学的方法等。
基于应力幅的方法相对简单直观，通过计算结构在荷载作用下的应力幅，结合材料的疲劳性能曲线来评估疲劳寿命。
而基于损伤力学的方法则更加复杂，它考虑了材料内部微观损伤的累积和演化过程。
在进行具体的分析计算时，需要借助专业的软件工具。
这些软件可以模拟结构在各种荷载作用下的响应，计算应力、应变分布，并根据所选的疲劳分析方法进行寿命预测。
另外，结构的细节设计对于疲劳性能也有着重要影响。
比如，连接处的几何形状、焊缝质量等。
不合理的细节设计可能会导致应力集中，从而加速疲劳破坏的发生。
因此，在设计过程中，要优化结构的细节，减少应力集中的出现。
hyperlife疲劳分析流程概述
疲劳分析第一章：hyperlife疲劳过程概述HYPERLIFE疲劳分析内容1.疲劳分析流程及HyperLife界面介绍2.疲劳分析基本概念3.高周疲劳（S-N)4.低周疲劳(E-N)5.安全因子分析6.焊缝疲劳HYPERLIFEAltair HyperLife™求解器中立支持OptiStruct, Nastran, Abaqus, Ansys ...易学易用工业验证同行业专家合作开发，经过行业验证行业规范(Including: FKM, Eurocode, DVS )WHAT IS HYPERLIFEMOTIVATION•Online Fatigue Calculator •123,000+ calculations in 2018•Knowledge baseHyperLife is a spinoff and extension..TestCAEDesignerDEMOCRATIZATION COLLABORATIONDr. Darrell SocieProfessor EmeritusUniversity of IllinoisHYPERLIFE中的疲劳分析方法什么叫疲劳失效什么是疲劳失效•失效模式:➢静力失效–单调载荷➢疲劳载荷–循环载荷•什么是疲劳失效:➢疲劳失效是由于循环载荷导致的➢50%~90%的机械破坏是由于疲劳失效导致的疲劳分析流程Approach/TypeFatigueMaterial DataFatigueAnalysisEstimatedlifeLoad SpectrumFEA Input疲劳分析之材料属性•什么是SN曲线•SN曲线是怎么创建的•August Wohler (1819 to 1914) 提出了SN曲线•应力寿命EN曲线疲劳分析之材料属性实验试件Rotating Cantilever Bending Fatigue Test Machine A Modern Servo-hydraulic Test System•载荷历史决定了应力幅值•疲劳工况提取: 轮心力传递•MBD 分析1.The semi-analytical process2.The analytical process•常幅值rσ•变幅值2minmax m σσσ+=minmax σσσ−=r Mean StressStress Amplitude Stress Range2/)(min max σσσ−=aFEA结果文件-> 疲劳分析的输入文件FEA-OptiStruct -Nastran -Abaqus -Ansys H3D OP2 RST ODB疲劳分析方法FEA based FatigueAnalysisStress Life (High Cycle Fatigue)Strain Life (Low Cycle Fatigue)RainFlow Cycle counting and Calculate Equivalent Stress AmplitudeNumber of Cycle to Failure (Life)•疲劳分析流程Low Cycle Fatigue High Cycle FatigueHYPERLIFE界面介绍HYPERLIFE帮助文档帮助文档HYPERLIFE 界面1: 菜单栏2: 工具栏3: 结果浏览器4: 视图控制栏5: 实体筛选器6: 建模窗口7: 状态栏1234567FILE菜单•菜单栏包含下拉菜单，提供对标准功能的访问，如文件管理操作、系统首选项和帮助➢导入模型和结果文件: File ➔Open ➔Model➢打开/保存HyperLife项目文件(*.hlf)File ➔Open ➔Session; File ➔Save ➔Session; File ➔Save As ➔SessionFILE菜单-PREFERENCE•菜单栏中File里的HyperLife Preferences ➔设置工作目录的路径以及保存到会话文件的信息•HyperLife home directory: HyperLife运行文件的工作目录，默认目录是Documents\Fatigue\RunHistory.•User defined material Directory:UsrDefMaterialDB.csv目录。
如何在工程力学中进行疲劳分析？
如何在工程力学中进行疲劳分析？在工程领域中，许多结构和部件在长期的使用过程中会承受反复变化的载荷，这可能导致它们在远低于材料静态强度的情况下发生失效。
这种现象被称为疲劳，而对其进行的分析则是工程力学中的一个重要环节。
要理解疲劳分析，首先得清楚什么是疲劳。
简单来说，疲劳就是材料在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后，产生裂纹并逐渐扩展，最终导致结构失效的过程。
与静态载荷下的失效不同，疲劳失效往往是突然发生的，事先没有明显的征兆，这就给工程应用带来了巨大的潜在危险。
那么，如何在工程力学中进行有效的疲劳分析呢？这可不是一件简单的事情，需要综合考虑多个方面的因素。
第一步，需要对载荷进行准确的测定和描述。
这包括确定载荷的大小、频率、波形以及加载顺序等。
在实际工程中，载荷可能是非常复杂的，例如，汽车在行驶过程中，车轮所承受的载荷就会随着路况、车速等因素不断变化。
为了准确获取这些载荷信息，常常需要借助各种测量技术和传感器，如应变片、加速度计等。
第二步，材料的疲劳性能是关键。
不同的材料具有不同的疲劳特性，这需要通过大量的实验来确定。
实验中，会测量材料在不同载荷条件下的疲劳寿命，从而建立起材料的疲劳性能曲线。
这些曲线通常以应力幅与疲劳寿命的关系来表示，是进行疲劳分析的重要依据。
第三步，选择合适的疲劳分析方法。
常见的方法有基于应力的方法、基于应变的方法和基于损伤力学的方法等。
基于应力的方法比较简单，但对于一些复杂的情况可能不够准确；基于应变的方法则更适用于考虑塑性变形较大的情况；而基于损伤力学的方法能够从微观机制上描述疲劳损伤的演化过程，但计算相对复杂。
在基于应力的疲劳分析中，常用的有 SN 曲线法。
S 代表应力幅，N 代表疲劳寿命。
通过实验得到材料的 SN 曲线后，结合实际结构所承受的应力幅，就可以估算出其疲劳寿命。
但这种方法通常假设材料是线弹性的，对于存在塑性变形的情况可能不太适用。
基于应变的疲劳分析方法，如εN 曲线法，则考虑了材料的塑性变形。
4.5 疲劳分析
14.5 疲劳分析（ Fatigue Analysis ） 4.5疲劳分析（ Fatigue Analysis ）第 四 章 压力容器设计压力容器设计CHAPTER ⅣDesign of Pressure Vessels24.1 概述 4.2 设计准则 4.3 常规设计 4.4 分析设计4.5 疲劳分析4.64.6 压力容器设计技术进展4.5.1 概述4.5.2 低循环疲劳曲线4.5.3 压力容器的疲劳设计4.5.4 影响疲劳寿命的其它 因素过程设备设计4.5 疲劳分析教学重点：压力容器的疲劳设计。
教学难点：低循环疲劳曲线低的修正。
34.5 疲劳分析4.5.1 概述压力容器疲劳失效增加的原因:疲劳载荷的增加;(2) 高强度材料的广泛应用疲劳失效的特点:(1) 没有明显的塑性变形;(2) 应力水平低;(3) 起源于局部高应力区45用于描述疲劳载荷的参数:最大应力 max σ最小应力 minσ平均应力 mσ交变应力符aσ应力比R)(21min max σσσ+=m)(21min max σσσ−=a σσσmax =+m amaxmin /σσ=R 即 0=m σ对称循环 R =0 即 0min =σ 脉动循环 R =+1即maxmin σσ=静载R = -16高循环疲劳: N>105; 低循环疲劳 : N=102~1058图4-63 高循环疲劳曲线σaσσaσmσm a xσm i n应力幅σa103 104 105 106 107 10σ−1−1103102循环次数 N图4-62 应力循环曲线持久极限74.5.2 低循环疲劳曲线低循环疲劳计算曲线tE S ε21=（4-92）N Cp ε=（4-93）式中 fC ε21=ψε−=100100lnf 式中f ε 材料拉伸试验中断裂时的真应变 ψ断裂时的断裂收缩率.8ψ−=100100ln21C （4-94）ep t εεε+=ep t E E E S εεε212121+==ea E εσ21=ap E S σε+=21（4-95）S E N a=−+4100100ln ψσS E N =−+−41001001ln ψσ（4-96）低循环疲劳中—虚拟应力幅S 与疲劳寿命N 之间的关系9循环次数N/次10102103104105106102103104105应力幅 S a/M P a试验曲线计算曲线设计曲线图4-64 低循环疲劳曲线根据对称循环得到即σm =0102maxσσ=m 平均应力对疲劳寿命的影响压力容器承受的主要载荷 (脉动循环载荷):0min=σGoodman 方程:11=+−bma σσσσ（4-97）Ea σ s σb σ m σBD A 1−σC σs图 4-65 平均应力的影响: Goodman 直线σm 0在非对称循环的交变应力作用下，平均应力增加将会使疲劳寿命下降。
疲劳分析流程 fatigue
摘要：疲劳破坏是结构的主要失效形式，疲劳失效研究在结构安全分析中扮演着举足轻重的角色。
因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。
机车车辆结构的疲劳设计必须服从一定的疲劳机理,并在系统结构的可靠性安全设计中考虑复合的疲劳设计技术的应用。
国内的机车车辆主要结构部件的疲劳寿命评估和分析采用复合的疲劳设计技术，国外从疲劳寿命的理论计算和疲劳试验两个方面在疲劳研究和应用领域有很多新发展的理论方法和技术手段。
不论国内国外，一批人几十年如一日致力于疲劳的研究，对疲劳问题研究贡献颇多。
关键词：疲劳 UIC标准疲劳载荷 IIW标准 S-N曲线机车车辆一、国内外轨道车辆的疲劳研究现状6月30日15时，备受关注的京沪高铁正式开通运营。
作为新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路，京沪高铁贯通“三市四省”，串起京沪“经济走廊”。
京沪高铁的开通，不仅乘客可以享受到便捷与实惠，沿线城市也需面对高铁带来的机遇和挑战。
在享受这些待遇的同时，专家指出，各省市要想从中分得一杯羹，配套设施建设以及机车车辆的安全性绝对不容忽略。
根据机车车辆的现代设计方法，对结构在要求做到尽可能轻量化的同时，也要求具备高度可靠性和足够的安全性。
这两者之间常常出现矛盾，因此，如何准确研究其关键结构部件在运行中的使用寿命以及如何进行结构的抗疲劳设计是结构强度寿命预测领域研究中的前沿课题。
在随机动载作用下的结构疲劳设计更是成为当前机车车辆结构疲劳设计的研究重点，而如何预测关键结构和部件的疲劳寿命又是未来机车车辆结构疲劳设计的重要发展方向之一。
机车车辆承受的外部载荷大部分是随时间而变化的循环随机载荷。
在这种随机动载荷的作用下，机车车辆的许多构件都产生动态应力，引起疲劳损伤，而损伤累积后的结构破坏的形式经常是疲劳裂纹的萌生和最终结构的断裂破坏。
随着国内铁路运行速度的不断提高，一些关键结构部件，如转向架的构架、牵引拉杆等都出现了一些断裂事故。
疲劳分析操作方法
加载求解完成后进入后处理1、设定疲劳评定的位置数、事件数及载荷数2、根据疲劳曲线输入S－N数据水压试验3、储存节点4760对应其第一载荷的应力4、读入第一载荷步数据5、储存节点4760对应其第二载荷的应力6、设定事件循环次数及载荷比例系数最低最高压力循环（同水压试验一样设置）7、储存节点4760对应其第一载荷的应力8、读入第一载荷步数据9、储存节点4760对应其第二载荷的应力10、设定事件循环次数及载荷比例系数11、疲劳计算通过最大最小应力差值进行疲劳分析命令流如下：! ******** 设置环境变量***************/clear/filn, E721A/title, Fatigue analysis of upper head of adsorber/units,si !采用国际单位制! 参数定义Di=4400 ! 设备内径tc=16 ! 筒体及封头壁厚Hc=5*nint(sqrt(Di/2*tc)/10)*10 ! 模型中筒体长度（含封头直边高度)dn1=630 ! 接管1外径dn2=530 ! 接管2外径dn3=426 ! 接管3外径tn1=8 ! 接管1壁厚tn2=8 ! 接管2壁厚tn3=8 ! 接管3壁厚ln1=350 ! 接管1外伸高度ln2=250 ! 接管2外伸高度ln3=200 ! 接管3外伸高度x0=1000 ! 接管1,2径向位置nt=2 ! 厚度方向剖分数nme=30 ! 椭圆封头经向剖分数nh=20 ! 接管环向剖分数p1=-0.1 ! 最低压力p2=0.25 ! 最高压力pax11=-p1*dn1**2/((dn1+2*tn1)**2-dn1**2) ! 最低压力下接管1端部轴向平衡面载荷pax12=-p1*dn2**2/((dn2+2*tn2)**2-dn2**2) ! 最低压力下接管2端部轴向平衡面载荷pax13=-p1*dn3**2/((dn3+2*tn3)**2-dn3**2) ! 最低压力下接管3端部轴向平衡面载荷pax21=-p2*dn1**2/((dn1+2*tn1)**2-dn1**2) ! 最高压力下接管1端部轴向平衡面载荷pax22=-p2*dn2**2/((dn2+2*tn2)**2-dn2**2) ! 最高压力下接管2端部轴向平衡面载荷pax23=-p2*dn3**2/((dn3+2*tn3)**2-dn3**2) ! 最高压力下接管3端部轴向平衡面载荷! ********* 前处理************/PREP7et,1,95 ! 定义单元类型mp,ex,1,2e5 ! 定义材料的弹性模量mp,nuxy,1,0.3 ! 定义材料的泊松比! ********* 建立模型************CSWPLA,11,1,0.5,1, ! 定义椭圆坐标系K,1,-Di/2,,, ! 定义椭圆的一个端点K,2,Di/2,,, ! 定义椭圆的另一个端点L,1,2 ! 生成椭圆线csys,0 ! 激活总体直角坐标系k,3,kx(2)+tc,, ! 定义封头壁厚关键点L,2,3 ! 生成封头壁厚线ADRAG,2, , , , , ,1 ! 由封头壁厚沿椭圆线生成椭圆面BLC4,dn3/2-tn3, ,tn3,Di/4+tc+ln3, ! 生成中心接管截面APTN,all ! 面域互分adele,4,5,,1 ! 删除多余面*GET,KPMAX,KP,,NUM,MAX ! 提取最大节点号k,KPMAX+1,0,0,0 ! 生成中心线一个关键点k,KPMAX+2,0,hc,0 ! 生成中心线另一个关键点VROTAT,ALL,,,,,,KPMAX+1,KPMAX+2 ! 旋转生成椭圆封头及中心接管NUMMRG,ALL, , , ,LOW ! 合并所有项NUMCMP,ALL ! 压缩所有项asel,s,loc,y,0 ! 选择椭圆封头端面*GET,KPMAX,KP,,NUM,MAX ! 提取最大节点号k,KPMAX+1,0,0,0 ! 生成筒体中心线一个关键点k,KPMAX+2,0,-hc,0 ! 生成筒体中心线另一个关键点l,KPMAX+1,KPMAX+2 ! 生成筒体中心线VDRAG,all, , , , , ,74 ! 生成筒体ldele,1,,,1 ! 删除多余线alls ! 全选wprot,,-90 ! 旋转工作平面wprot,45 ! 旋转工作平面*AFUN,deg ! 设定角度单位为弧度ang1=acos(x0/Di*2) ! 计算接管位置角fai=atan(1/2/tan(ang1)) ! 计算接管位置角y0=Di/4*sin(ang1) ! 计算接管轴向位置y0c=y0-x0/tan(fai) ! 计算接管中心线与轴线交点l0c=x0/sin(fai) ! 计算接管沿中心线至与轴线交点的距离wpoff,,,y0c ! 平移工作平面wprot,,,-fai ! 旋转工作平面CYL4, , ,dn1/2-tn1, ,dn1/2, ,l0c+tc+ln1 ! 生成接管1wprot,,,fai ! 旋转工作平面wprot,,-fai, ! 旋转工作平面wprot,90 ! 旋转工作平面CYL4, , ,dn2/2-tn2, ,dn2/2, ,l0c+tc+ln2 ! 生成接管2wprot,-90 ! 旋转工作平面wprot,,fai, ! 旋转工作平面wpoff,,,-y0c+Di/10 ! 平移工作平面vsel,s,,,17,18,1 ! 选择接管1，2vsbw,all ! 用工作面切割接管1，2vsel,r,loc,y,-hc*10,Di/10 ! 选择接管1，2多余部分vdele,all,,,1 ! 删掉接管1，2多余部分vsel,s,loc,y,0,hc*10 ! 选择接管1，2及封头相关部分vsel,r,loc,x,-Di,0VPTN,all ! 接管1，2及封头体互分vdele,23,24,,1 ! 删掉接管1，2多余部分vdele,17,18,,1 ! 删掉封头多余部分alls ! 全选vsel,s,loc,x,-Di,0 ! 选择接管1及其与中心接管、封头相关部分vsel,r,loc,z,0,Diwprot,,90, ! 旋转工作平面vsbw,all ! 切割接管1及其与中心接管、封头相关部分vsel,s,loc,x,-Di,0 ! 选择接管2及其与中心接管、封头相关部分vsel,r,loc,z,-Di,0wprot,,,90, ! 旋转工作平面vsbw,all ! 切割接管2及其与中心接管、封头相关部分lsel,s,length,,0,tc ! 选择厚度方向的线段LESIZE,all, , ,nt,, , , ,1 ! 设定厚度方向剖分数vsel,s,loc,y,-hc,0 ! 选择筒体vsweep,all ! 剖分筒体vsel,s,loc,x,0,Di ! 选择x轴正向的部分封头及部分中心接管体素vsel,u,loc,y,-hc,0 ! 去掉筒体local,11,1,,,,,90 ! 定义局部柱坐标aslv ! 按体选面lsla ! 按面选线lsel,r,loc,x,dn3/2,Di ! 选择椭圆封头经线lsel,u,loc,x,dn3/2 ! 去掉接管线段lsel,u,loc,z,0 ! 去掉筒体线段LESIZE,all, , ,nme, , , , ,1 ! 设定椭圆封头经线剖分数vsweep,all ! 扫略剖分x轴正向的部分封头及部分中心接管alls ! 全选lsel,s,loc,y,180 ! 选择180度位置线lsel,r,loc,x,dn3/2,Di ! 再选中心接管以外线lsel,u,loc,x,dn3/2 ! 去掉接管线段lsel,u,loc,z,0,hc ! 去掉筒体线段LESIZE,all, , ,nme, , , , ,1 ! 设定椭圆封头经线剖分数vsel,s,loc,x,0,dn3/2 ! 选择中心接管及其与封头相关区csys,0 ! 激活总体直角坐标系vsel,u,loc,x,0,Di ! 去掉x轴正向的部分vsweep,all ! 扫略剖分接管及其与封头相关区的x轴负向部分lsel,s,radius,,dn1/2-tn1,dn1/2 ! 选择半径为接管1半径的线段LESIZE,all, , ,nh, , , , ,1 ! 设定接管1环向剖分数lsel,r,radius,,dn1/2-tn1 ! 选择半径为接管1内半径的线段asll ! 按线选面vsla ! 按面选体aslv ! 按体选面vsweep,all ! 剖分接管1cm,vcon1,volum ! 定义接管1为体组件vcon1lsel,s,radius,,dn2/2-tn2,dn2/2 ! 选择半径为接管2半径的线段LESIZE,all, , ,nh, , , , ,1 ! 设定接管2环向剖分数lsel,r,radius,,dn2/2-tn2 ! 选择半径为接管2内半径的线段asll ! 按线选面vsla ! 按面选体aslv ! 按体选面vsweep,all ! 剖分接管2cm,vcon2,volum ! 定义接管2为体组件vcon2lsel,s,radius,,dn1/2 ! 选择半径为接管1外半径的线段asll ! 按线选面vsla ! 按面选体cmsel,u,vcon1 ! 去掉体组件vcon1 vsweep,all ! 剖分接管1相关封头及相贯区lsel,s,radius,,dn2/2 ! 选择半径为接管2外半径的线段asll ! 按线选面vsla ! 按面选体cmsel,u,vcon2 ! 去掉体组件vcon2 vsweep,all ! 剖分接管2相关封头及相贯区alls ! 全选fini ! 退出前处理!******** 求解********/solu ! 进入求解器csys,0 ! 激活总体直角坐标系asel,s,loc,y,-hc ! 选择筒体端面da,all,uy ! 约束轴向位移nsla,,1 ! 按面选节点nsel,r,loc,x,0 ! 再选择x为0的节点d,all,ux ! 约束x方向位移nsla,,1 ! 按面选节点nsel,r,loc,z,0 ! 再选择z为0的节点d,all,uz ! 约束z方向位移! ********* 以下选择内表面并设定为面组件*************allslsel,s,radius,,Di/2 ! 选择半径为筒体内半径的线段lsel,u,loc,y,-hc ! 去掉筒体端部线段asll ! 按线选面asel,u,loc,y,0 ! 去掉厚度方向的面cm,acon,area ! 定义面组件aconlsel,s,radius,,dn3/2-tn3 ! 选择半径为接管3内半径的线段asll ! 按线选面asel,u,loc,y,ky(9) ! 去掉厚度方向的面asel,u,loc,y,ky(13) ! 去掉厚度方向的面cmsel,a,acon ! 添加面组件aconcm,acon,area ! 再定义面组件aconlsel,s,radius,,dn1/2-tn1 ! 选择半径为接管1内半径的线段lsel,r,loc,y,ky(49),ky(50) ! 再选择接管1端面线段asll ! 按线选面cm,acon0,area ! 定义面组件acon0ksel,s,,,49 ! 选择关键点lslk ! 按关键点选线lsel,r,length,,tn1 ! 再选长度为接管1厚度的线段asll ! 按线选面cm,acon1,area ! 定义面组件acon1cmsel,s,acon0 ! 选择面组件acon0cmsel,u,acon1 ! 从面组件acon0中去掉面组件acon1 cmsel,a,acon ! 添加面组件aconcm,acon,area ! 再定义面组件aconlsel,s,radius,,dn2/2-tn2 ! 选择半径为接管2内半径的线段lsel,r,loc,y,ky(48),ky(45) ! 再选择接管2端面线段asll ! 按线选面cm,acon0,area ! 定义面组件acon0ksel,s,,,46 ! 选择关键点lslk ! 按关键点选线lsel,r,length,,tn2 ! 再选长度为接管1厚度的线段asll ! 按线选面cm,acon1,area ! 定义面组件acon1cmsel,s,acon0 ! 选择面组件acon0cmsel,u,acon1 ! 从面组件acon0中去掉面组件acon1 cmsel,a,acon ! 添加面组件aconcm,acon,area ! 再定义面组件acon! ********* 以下选择接管端面并设定为面组件*************lsel,s,radius,,dn1/2-tn1 ! 选择半径为接管1内半径的线段asll ! 按线选面asel,r,loc,y,ky(59),ky(58) ! 再选择接管1端面cm,apax1,area ! 定义接管1端面面组件apax1lsel,s,radius,,dn2/2-tn2 ! 选择半径为接管2内半径的线段asll ! 按线选面asel,r,loc,y,ky(74),ky(75) ! 再选择接管2端面cm,apax2,area ! 定义接管2端面面组件apax2lsel,s,radius,,dn3/2-tn3 ! 选择半径为接管2内半径的线段asll ! 按线选面asel,r,loc,y,ky(9) ! 再选择接管3端面cm,apax3,area ! 定义接管3端面面组件apax3! ********* 以下选择外表面并设定为面组件*************lsel,s,radius,,Di/2+tc ! 选择半径为筒体外半径的线段lsel,u,loc,y,-hc ! 去掉筒体端部线段asll ! 按线选面asel,u,loc,y,0 ! 去掉厚度方向的面cm,aouter,area ! 定义面组件aouterlsel,s,radius,,dn3/2 ! 选择半径为接管3外半径的线段lsel,r,loc,y,ky(9) ! 再选接管3端部线段asll ! 按线选面asel,u,loc,y,ky(9) ! 去掉厚度方向的面cmsel,a,aouter ! 添加面组件aoutercm,aouter,area ! 再定义面组件aouterlsel,s,radius,,dn1/2 ! 选择半径为接管1外半径的线段lsel,r,loc,y,ky(55),ky(53) ! 再选接管1端部线段asll ! 按线选面asel,u,loc,y,ky(55),ky(53) ! 去掉厚度方向的面cmsel,a,aouter ! 添加面组件aoutercm,aouter,area ! 再定义面组件aouterlsel,s,radius,,dn2/2 ! 选择半径为接管2外半径的线段lsel,r,loc,y,ky(69),ky(71) ! 再选接管2端部线段asll ! 按线选面asel,u,loc,y,ky(69),ky(71) ! 去掉厚度方向的面cmsel,a,aouter ! 添加面组件aoutercm,aouter,area ! 再定义面组件aouter! ********* 以下定义载荷步、加载并求解*************time,1 ! 第一载荷步对应最大工作压力cmsel,s,apax1 ! 选择面组件apax1sfa,all,1,pres,pax21 ! 对接管1施加端部平衡面载荷cmsel,s,apax2 ! 选择面组件apax2sfa,all,1,pres,pax22 ! 对接管2施加端部平衡面载荷cmsel,s,apax3 ! 选择面组件apax3sfa,all,1,pres,pax23 ! 对接管3施加端部平衡面载荷cmsel,s,acon ! 选择面组件aconsfa,all,1,pres,p2 ! 施加内压alls ! 全选solve ! 求解save ! 保存time,2 ! 第一载荷步对应最低工作压力alls ! 全选SFADELE,all,1,pres ! 删除所有面载荷cmsel,s,apax1 ! 选择面组件apax1sfa,all,1,pres,pax11 ! 对接管1施加端部平衡面载荷cmsel,s,apax2 ! 选择面组件apax2sfa,all,1,pres,pax12 ! 对接管2施加端部平衡面载荷cmsel,s,apax3 ! 选择面组件apax3sfa,all,1,pres,pax13 ! 对接管3施加端部平衡面载荷cmsel,s,aouter ! 选择面组件aoutersfa,all,1,pres,p1 ! 施加外压alls ! 全选solve ! 求解save ! 保存fini ! 退出求解器! ****** 后处理***********/post1 ! 进入后处理LCDEF,1,1 ! 定义第一载荷步为load case 1 LCDEF,2,2 ! 定义第二载荷步为load case 2 LCASE,1 ! 读入load case 1LCOPER,sub,2 ! 减去load case 2LCWRITE,3 ! 将计算结果存为load case 3 PLNSOL,S,INT,0,1 ! 显示应力云图，读取最大应力强度范围PATH,a1,2 ! 设定路径PPATH,1,48630 ! 设定路径第一个节点PPATH,2,47980 ! 设定路径第二个节点PRSECT, ,0 ! 读取PL＋Pb＋Q范围判断疲劳曲线类型fini/post1! ***** 进行疲劳分析FTSIZE, 1, 1, 2 ! 设定疲劳评定的位置数、事件数及载荷数!*FP,1,1e6,2e6,5e6,1e7,2e7,5e7 ! 根据疲劳曲线输入S－N数据FP,7,1e8,1e9,1e10, , ,FP,13, , , , , ,FP,19, ,FP,21,194,157,127,113,105,99FP,27,97,96,94, , ,FP,33, , , , , ,FP,39, ,!*FL,1,48630,1.0,1.0,1.0,try ! 定义疲劳分析参数SET,1,last ! 读入第一载荷数据FSNODE,48630,1,1 ! 计算并存储疲劳分析节点的各应力分量SET,2,last ! 读入第二载荷数据FSNODE,48630,1,2 ! 计算并存储疲劳分析节点的各应力分量!FE,1,-1 ! 清除以前的疲劳参数与数据FE,1,3.88e5 ! 设定事件循环次数FTCALC,1,48630 ! 进行疲劳评定fini要定义载荷步，加载并求解进入后处理。
疲劳分析的相关知识(流程)
疲劳分析，从零开始By ZHANG Chunyu1 测量应变、应力谱图（1）衡量应力集中的区域，布置应变片可以通过模拟（有限元）或试验（原型上涂上一层油漆，待油漆干后施加载荷，油漆剥落的地方应力集中），确定应力集中的区域，然后按左下图在应力集中区域布置三个应变片：因为材料是各向同性，所以x,y方向并不一定是水平和竖直方向，但两者一定要垂直，中间一个一定要和x,y方向成45°角。
三个应变片也可以重叠在一起（见右上图）。
（2）根据测的应变和材料性能，计算应力测得的三个应变，分别记为εx , εy, εxy。
两个主应力（假设只有弹性变形）：其中，E 为材料的杨氏模量，µ为泊松比。
根据这两个主应力，可以计算出有些方法可能需要的等效应力（主要目的是将多分量的应力状态转化为一个数值，以方便应用材料的疲劳数据），如米塞斯等效应力：()()222122121σσσσσ++-=m 或最大剪应力： ()2121σσστ-=实际测量的是应变-时间谱图，应力（或等效应力）-时间谱图可由上述公式计算。
（３）分解谱图就是对上面测得的应力（应变）－时间谱图进行分解统计，计算出不同应力（包括幅度和平均值）循环下的次数，以便计算累积的损伤。
最常用的是雨流法（rainflow counting method ）。
2 获取材料数据如果载荷频率不高，可以做一组简单的疲劳测试（正弦应力，拉压或弯曲均可，有国家标准）：得到一条应力-寿命（即循环次数）曲线，即所谓的S-N 曲线：如果载荷频率较高或温度变化较大，还要测量不同平均应力和不同温度下的S-N载荷，以便进行插值计算，因为此时平均应力对寿命有影响。
也可以根据不同的经验公式（如Ｇｏｏｄｍａｎ准则，Ｇｅｒｂｅｒ准则等），以及其他材料性能（如拉伸强度，破坏强度等），由普通的Ｓ－Ｎ曲线（即平均应力为０）来计算平均应力不为零时对应的疲劳寿命。
如果材料数据极为有限，或者公司很穷很懒不愿做疲劳试验，也可以由材料的强度估算疲劳性能。
疲劳分析简介高等教育.ppt
Total Life
= Crack Initiation + Crack Growth
S-N
PAT318A, Section 1, October 2012 Copyright© 2012 MSC.Software Corporation
Local Strain
S1 - 17
S1 - 9
Stress Amplitude
S-N 方法 – 相似理论
Unnot ched Shaft Notched Shaft Life in Cycles
snom
s nom
The life of this . . . . . . . . . . . . . . . . is the same as the life of this . . . . . if both are subject to the same nominal stress
S1 - 7
疲劳寿命方法
• S-N (Stress-Life方法) 名义或局部弹性应力与总寿命的关系
• E-N (Strain-Life方法) 局部应变与裂纹萌生寿命的关系
• LEFM (裂纹扩展方法) – 应力强度与裂纹扩展速率的关系
所有的方法均都基于相似性原理
PAT318A, Section 1, October 2012 Copyright© 2012 MSC.Software Corporation
S1 - 8
S-N 方法
• 也称为应力-寿命和全寿命方法 • 评估产生严重失效的总疲劳寿命 • 疲劳寿命由对数应力-循环(S-N)曲线计算 • 该方法适合于长寿命疲劳失效问题，因为该方法是基于名义弹性应力，即使
职场人员疲劳调查的流程和注意事项
职场人员疲劳调查的流程和注意事项下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!职场人员疲劳调查的流程与注意事项在快节奏的现代生活中，职场疲劳已成为一个普遍关注的问题。
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疲劳分析，从零开始
By ZHANG Chunyu
1 测量应变、应力谱图
（1）衡量应力集中的区域，布置应变片
可以通过模拟（有限元）或试验（原型上涂上一层油漆，待油漆干后施加载荷，油漆剥落的地方应力集中），确定应力集中的区域，然后按左下图在应力集中区域布置三个应变片：
因为材料是各向同性，所以x,y方向并不一定是水平和竖直方向，但两者一定要垂直，中间一个一定要和x,y方向成45°角。
三个应变片也可以重叠在一起（见右上图）。
（2）根据测的应变和材料性能，计算应力
测得的三个应变，分别记为ε
x , ε
y
, ε
xy。
两个主应力（假设只有弹性变
形）：
其中，E 为材料的杨氏模量，µ为泊松比。
根据这两个主应力，可以计算出有些方法可能需要的等效应力（主要目的是将多分量的应力状态转化为一个数值，以方便应用材料的疲劳数据），如米塞斯等效应力：
()()
22212212
1σσσσσ++-=m 或最大剪应力：
()212
1σσστ-= 实际测量的是应变-时间谱图，应力（或等效应力）-时间谱图可由上述公式计算。
（３）分解谱图
就是对上面测得的应力（应变）－时间谱图进行分解统计，计算出不同应力（包括幅度和平均值）循环下的次数，以便计算累积的损伤。
最常用的是雨流法（rainflow counting method ）。
2 获取材料数据
如果载荷频率不高，可以做一组简单的疲劳测试（正弦应力，拉压或弯曲均可，有国家标准）：
得到一条应力-寿命（即循环次数）曲线，即所谓的S-N 曲线：
如果载荷频率较高或温度变化较大，还要测量不同平均应力和不同温度下的S-N
载荷，以便进行插值计算，因为此时平均应力对寿命有影响。
也可以根据不同的经验公式（如Ｇｏｏｄｍａｎ准则，Ｇｅｒｂｅｒ准则等），以及其他材料性能（如拉伸强度，破坏强度等），由普通的Ｓ－Ｎ曲线（即平均应力为０）来计算平均应力不为零时对应的疲劳寿命。
如果材料数据极为有限，或者公司很穷很懒不愿做疲劳试验，也可以由材料的强度估算疲劳性能。
如果出现塑性应变，累计损伤一般基于应变－寿命曲线（即Ｅ－Ｎ曲线），所以需要施加应变载荷。
3 损伤计算
到目前为止，疲劳分析基本上是基于经验公式，还没有完全统一的理论。
损伤累积的计算方法有很多种，最常用的是线性累计损伤（即Ｍｉｎｅｒ准则），但其结果不保守，计算得到的寿命偏高。
准确度比较高的累计准则是双线性准则，并且计算比“破坏曲线法”要容易，所以，是一个很好的折衷选择。
４软件开发
很适合使用面向对象语言（如Ｃ＋＋）来设计疲劳分析软件或专家系统。
材料，载荷和损伤累计各一个模块，便于扩充。