比较结构应力和应变的差异

本书第5章已经定义了网格不敏感的结构应力，使得缺口位置（例如焊趾，该处应力因奇异性而表现出病态）的应力计算结果具有一致性。然而，这里有一个概念上的混乱，因为在某些文献中，将热点应力法中通过对表面应力插值而得到的应力也称为结构应力。其实本书第5章对结构应力已经给出了明确的定义，且网格不敏感，更重要的是，线性牵拉应力的描述能直接由经典的板壳变形理论中的结构应变给出推导。超出弹性变形极限以后，只要弹性芯依然存在，结构应变的定义就有效。还有，正如前面已经证明过的，对于疲劳数据相关性，在充分产生塑性变形区域内结构应变仍然表现出相当合理的结果。引进伪弹性结构应力的定义在概念上是不必要的，它唯一的目的是将实际结构应变转换为一个虚构的应力定义，这样低周疲劳数据才可能与高周疲劳数据里的应力放到一起进行比较。很明显，如果数据中塑性变形可以被忽略时，伪弹性结构应力其实就是实际的弹性应力。事实上，结构应变可以作为基本参数，对低周疲劳、高周疲劳，甚至不同材料都可以给出统一的疲劳损伤的特征。传统上，工程师乐于使用应力而不乐于使用应变（ASME标准就是这样做的），这只是应用习惯的问题。

结构应变法将前期建立的结构应力法扩展到低周疲劳的领域，它适用于可以有明显的塑性变形，但是弹性变形仍然是主要变形成分的低周疲劳问题。该方法继承了网格不敏感的结构应力法的优点。在假定材料具有弹性和理想的塑性条件下，实现了考虑屈服和平衡条件所产生的结构应变的解析表达。该解析表达公式可以用来处理应变硬化的材料，从而使得结构应变可以容易用数值方法计算，通过将低周疲劳试验数据压缩到一条窄带之中，更加证明了该方法的有效性。

有了这个新的方法，无论是低周还是高周疲劳行为，现在可以用统一的方式进行处理。基于主S-N曲线网格不敏感的结构应力法，通过材料的杨氏模量参数，可以看作是高周疲劳的结构应变法，本节介绍的结构应变法可以作为后处理计算过程。结构应变法是基于经典板壳理论中这样一个基本假设：厚度方向变形的梯度是线性的。对于完全弹塑性材料，给出了结构应变和弹性芯的一组解析解，而且用有效的试验数据给予了有效性证明。结构应变法也可以很容易地扩展到需要考虑有应变硬化影响的材料，这时需要由数值技术求解结构应变。

总结如下：

1）结构应变法不仅对低周疲劳问题有效，而且也完全涵盖了早期的基于网格不敏感的结构应力用于处理高周疲劳问题的主S-N曲线法。(www.xing528.com)

2）不管是什么样的接头几何、载荷类型，低周疲劳与高周疲劳数据落在同一条离散带里的事实，证明了描述焊接接头疲劳的最基本的参数，它既不是缺口应变，也不是缺口应力，而是结构应变。

3）将结构应变转化为伪弹性结构应力并不重要，它仅作为一种方法，从而可以将低周疲劳与高周疲劳的数据以基于主S-N曲线的形式在标准中给出，在高周疲劳区域里，基于牵拉的结构应力与应变成正比关系。

4）在结构应变的求解过程中（在弹性和弹-塑性变形区间），基于静态等效的膜应力与弯曲应力的分解是重要的，弹性芯可以根据平衡方程被定量确定。

5）在所关心的局部，如果弹性芯不存在，结构应变法同样可以用于试验数据分析，但是在这种情况下，考虑使用低周疲劳评估之前，根据静强度分析准则就可以预测结构的失效位置。