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疲勞分析計算流程

測量應(yīng)變、應(yīng)力譜圖

1. 衡量應(yīng)力集中的區(qū)域，布置應(yīng)變片

可以通過模擬（有限元）或試驗（原型上涂上一層油漆，待油漆干后施加載荷，油漆剝落的地方應(yīng)力集中），確定應(yīng)力集中的區(qū)域，然后按左下圖在應(yīng)力集中區(qū)域布置三個應(yīng)變片：

因為材料是各向同性，所以x、y方向并不一定是水平和豎直方向，但兩者一定要垂直，中間一個一定要和x、y方向成45°角。

2. 根據(jù)測的應(yīng)變和材料性能，計算應(yīng)力

測得的三個應(yīng)變，分別記為εx、εy、εxy。兩個主應(yīng)力（假設(shè)只有彈性變形）：

其中，E 為材料的彈性模量，µ 為泊松比。根據(jù)這兩個主應(yīng)力，可以計算出有些方法可能需要的等效應(yīng)力（主要目的是將多分量的應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為一個數(shù)值，以方便應(yīng)用材料的疲勞數(shù)據(jù)），如米塞斯等效應(yīng)力：

或最大剪應(yīng)力：

實際測量的是應(yīng)變-時間譜圖，應(yīng)力（或等效應(yīng)力）-時間譜圖可由上述公式計算。

3. 分解譜圖

就是對上面測得的應(yīng)力（應(yīng)變）-時間譜圖進行分解統(tǒng)計，計算出不同應(yīng)力（包括幅度和平均值）循環(huán)下的次數(shù)，以便計算累積的損傷。最常用的是雨流法 (rainflow countingmethod)。

獲取材料數(shù)據(jù)

如果載荷頻率不高，可以做一組簡單的疲勞測試（正弦應(yīng)力、拉壓或彎曲均可，有國家標(biāo)準(zhǔn)）：

得

到一條應(yīng)力-壽命（即循環(huán)次數(shù)）曲線，即所謂的S-N曲線：

如果載荷頻率較高或溫度變化較大，還要測量不同平均應(yīng)力和不同溫度下的S-N載荷，以便進行插值計算，因為此時平均應(yīng)力對壽命有影響。也可以根據(jù)不同的經(jīng)驗公式（如Goodman準(zhǔn)則，Gerber準(zhǔn)則等），以及其他材料性能（如拉伸強度，破壞強度等），由普通的S-N曲線（即平均應(yīng)力為0）來計算平均應(yīng)力不為零時對應(yīng)的疲勞壽命。

如果材料數(shù)據(jù)極為有限，或者公司很窮很懶不愿做疲勞試驗，也可以由材料的強度估算疲勞性能。

如果出現(xiàn)塑性應(yīng)變，累計損傷一般基于應(yīng)變-壽命曲線（即E-N曲線），所以需要施加應(yīng)變載荷。

   損傷計算   

到目前為止，疲勞分析基本上是基于經(jīng)驗公式，還沒有完全統(tǒng)一的理論。損傷累積的計算方法有很多種，最常用的是線性累計損傷（即Ｍiner準(zhǔn)則），但其結(jié)果不保守，計算得到的壽命偏高。

準(zhǔn)確度比較高的累計準(zhǔn)則是雙線性準(zhǔn)則，并且計算比“破壞曲線法”要容易，所以，是一個很好的折衷選擇。