应力-寿命曲线分析结果

1.S-N曲线获取

载荷与疲劳失效的关系采用应力 寿命曲线来表示，也即S N曲线。S N曲线是材料所承受的应力幅水平与该应力幅下发生疲劳破坏时所经历的应力循环次数的关系曲线。S N曲线一般是使用标准试样进行疲劳试验获得，通常反映的是单轴的应力状态。影响S N曲线的因素很多，包括材料特性、加工工艺、表面光滑度、残余应力、环境等。

2.S-N曲线定义

在用疲劳工具进行疲劳计算时，材料的疲劳参数、S N曲线须先在工程数据中定义。

（1）应力寿命法 交变应力、应力寿命、平均曲线数据可用平均应力或应力比定义，可采用线性【Linear】、半对数【Semi Log】、双对数曲线【Log Log】插值方法。

①线性：对循环数和交变应力都采用线性插值法。当定义一条S N曲线时，如果有大量数据点存在，且在任一个方向分散性不大时，采用此选项。

②半对数：对交变应力采用线性插值，而对循环数目采用对数插值法（以10为底数）。当定义一条S N曲线时，如果两个轴上仅有少量的循环数和交变应力数据点并且分散性较大时，采用此选项。

③双对数：对循环数和交变应力采用对数内插值法。当定义一条S N曲线时，如果两个轴上仅有少量的循环数和交变应力数据点并且分散性较大时，也可采用此选项。

如果S N曲线在不同的平均应力下都适用，那么可输入多重S N曲线，同样，也可以在不同的应力比下输入多重S N曲线，如图13-2所示。

（2）应变寿命参数 进行应变寿命疲劳分析时，材料参数需要包含以下几个：强度系数【Strength Coefficient】、强度指数【Strength Exponent】、延性系数【Ductility Coefficient】、延展性指数【Ductility Exponent】、循环强度系数【Cyclic Strength Coefficient】、循环应变硬化指数【Cyclic Strength Coefficient】，如图13-3所示。(www.xing528.com)

图13-2 多重S N曲线

图13-3 材料参数输入

3.S-N曲线的应用

S N曲线主要用于构件的变形在弹性变形范围内的情形。

一般而言，在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在10⁶以上的疲劳，称为高周疲劳。高周疲劳受应力幅控制，又称应力疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。

相对地，在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10⁶以下的疲劳，称为低周疲劳，由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而也称为塑性疲劳或应变疲劳。