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01疲勞分析背景

在日益嚴酷的市場競爭中，產(chǎn)品的壽命和可靠性成為人們越來越關(guān)注的焦點，每年因結(jié)構(gòu)疲勞大量產(chǎn)品在其有效壽命期內(nèi)報廢，由于疲勞破壞而造成的惡性事故也時有出現(xiàn)。

據(jù)統(tǒng)計，每年早期斷裂造成的損失達1190億美元，其中95%是由于疲勞引起的斷裂，應(yīng)用疲勞耐久性技術(shù)，其中的50%是可以避免的。因此，許多企業(yè)將疲勞耐久性定為產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。

在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，機械產(chǎn)品的疲勞壽命通常是通過一定量物理樣機的耐久試驗得到，不但試驗周期長、耗資巨大，而且許多相關(guān)參數(shù)與失效的定量關(guān)系也不可能在試驗中得出，試驗結(jié)論還可能受許多偶然因素的影響。

產(chǎn)品投放市場后，耐久性問題的出現(xiàn)造成許多新產(chǎn)品失去競爭力，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失，同時又使企業(yè)形象蒙受巨大的負面影響。

在中國，疲勞耐久性與可靠性問題更是普遍存在，是國產(chǎn)產(chǎn)品缺乏國際競爭力的最重要因素之一。

隨著計算機技術(shù)發(fā)展而誕生的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，使企業(yè)以較低的成本設(shè)計出高耐久性產(chǎn)品成為可能。在產(chǎn)品設(shè)計階段采用FE-SAFE，可在物理樣機制造之前進行疲勞分析和優(yōu)化設(shè)計，預(yù)測產(chǎn)品的壽命，真正實現(xiàn)等壽命周期設(shè)計，并可極大地降低制造物理樣機和進行耐久性試驗所帶來的巨額研發(fā)費用。

02疲勞的定義

當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受到多次重復(fù)變化的載荷作用后，應(yīng)力值雖然始終沒有超過材料的強度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞。這種在交變載荷作用下材料或結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象，就叫做疲勞破壞。

疲勞破壞的特征：材料力學(xué)是根據(jù)靜力試驗來確定材料的機械性能（比如彈性極限、屈服極限、強度極限）的，這些機械性能沒有充分反映材料在交變載荷作用下的特性。因此，在交變載荷作用下工作的零件和構(gòu)件，如果還是按靜載荷去設(shè)計，在使用過程中往往就會發(fā)生突如其來的破壞。

疲勞破壞與傳統(tǒng)的靜力破壞有著許多明顯的本質(zhì)區(qū)別：

靜力破壞是一次最大載荷作用下的破壞，疲勞破壞是多次反復(fù)載荷作下產(chǎn)生的破壞，它不是短期內(nèi)發(fā)生的。

當(dāng)靜應(yīng)力小于屈服極限或強度極限時，不會發(fā)生靜力破壞，而交變應(yīng)力在遠小于靜強度極限，甚至小于屈服極限的情況下，疲勞破壞就可能發(fā)生。

靜力破壞通常有明顯的塑性變形；產(chǎn)生疲勞破壞，通常沒有外在宏觀的顯著塑性變形跡象，即便是塑性良好的金屬也這樣，就像脆性破壞一樣，事先不易覺察出來，這表明疲勞破壞具有更大的危險性。

在靜力破壞的斷口上，通常只呈現(xiàn)粗粒狀或纖維狀特征；而在疲勞破壞的斷口上，總是呈現(xiàn)兩個區(qū)域特征，一部分是平滑的，另一部分是粗粒狀或纖維狀。因為疲勞破壞時，首先在某一點產(chǎn)生微小的裂紋，其起點叫“疲勞源”裂紋從疲勞源開始，逐漸向四周擴展。由于反復(fù)變形，裂開的兩個面時而擠緊，時而松開，這樣反復(fù)摩擦，形成一個平滑區(qū)域。在交變載荷繼續(xù)作用下，裂紋逐漸擴展，承載面積逐漸減少，當(dāng)減少到材料或構(gòu)件的靜強度不足時，就會在某一載荷作用下突然斷裂，其斷裂面呈粗粒狀或纖維狀。

靜力破壞的抗力主要取決于材料本身，而疲勞破壞的抗力與材料的組成、構(gòu)件的形狀或尺寸、表面狀況、使用條件以及外界環(huán)境都有關(guān)系。

03結(jié)    論

因此，從產(chǎn)品的耐久可靠性和壽命方面考慮，綜合成本因素，且隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)品設(shè)計階段采用FE-SAFE，可在物理樣機制造之前進行疲勞分析和優(yōu)化設(shè)計，預(yù)測產(chǎn)品的壽命，真正實現(xiàn)等壽命周期設(shè)計，并可極大地降低制造物理樣機和進行耐久性試驗所帶來的巨額研發(fā)費用。