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疲劳分析的各种方法

疲劳寿命预测方法很多。按疲劳裂纹形成寿命预测的基本假定和

控制参数，可分为名义应力法、局部应力一应变法、能量法、场强法

等。

1名义应力法

名义应力法是以结构的名义应力为试验和寿命估算的基础，采用

雨流法取出一个个相互独立、互不相关的应力循环，结合材料的S-N

曲线，按线性累积损伤理论估算结构疲劳寿命的一种方法。基本假定：

对任一构件(或结构细节或元件)，只要应力集中系数K相同，载荷谱

T

相同，它们的寿命则相同。此法中名义应力为控制参数。该方法考虑

到了载荷顺序和残余应力的影响，简单易行。

但该种方法有两个主要的不足之处：一是因其在弹性范围内研究

疲劳问题，没有考虑缺口根部的局部塑性变形的影响，在计算有应力

集中存在的结构疲劳寿命时，计算误差较大；二是标准试样和结构之

间的等效关系的确定十分困难，这是由于这种关系与结构的几何形状、

加载方式和结构的大小、材料等因素有关。正是因为上述缺陷，使名

义应力法预测疲劳裂纹的形成能力较低，且该种方法需求得在不同的

应力比R和不同的应力集中因子K下的S-N曲线，而获得这些材料数

T

据需要大量的经费。因而名义应力法只适用于计算应力水平较低的高

周疲劳和无缺口结构的疲劳寿命。近年来，名义应力法也在不断的发

展中，相继出现了应力严重系数法(S.ST)、有效应力法、额定系数法

(DRF)等。

2局部应力一应变法

局部应力一应变法的基本思想是根据结构的名义应力历程，借助

于局部应力-应变法分析缺口处的局部应力。再根据缺口处的局部应力，

结合构件的S-N曲线、材料的循环。一曲线、E-N曲线及线性累积损

伤理论，估算结构的疲劳寿命。

基本假定:若一个构件的危险部位(点)的应力一应变历程与一个光

滑小试件的应力一应变历程相同，则寿命相同。此法中局部应力一应

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变是控制参数。

局部应力一应变法主要用于解决高应变的低周疲劳和带缺口结构

的疲劳寿命问题。该方法的特点是可以通过一定的分析、计算将结构

上的名义应力转化为缺口处的局部应力和应变。它可以细致地分析缺

口处的局部应力和应变的非线性关系，可以考虑载荷顺序和残余应力

对疲劳寿命的影响。因此，到目前为止，局部应力-应变法是一种比较

好的疲劳寿命估算方法。它克服了名义应力法的两个主要缺陷，但它

亦有本身固有的缺陷。一是没有考虑缺口根部附近应力梯度和多轴应

力的影响。二是疲劳寿命的计算结果对疲劳缺口系数K值非常敏感。

而在实际工作中，精确地确定结构的K值是非常困难的，这就影响了

局部应力一应变法估算疲劳寿命的精度。此外，局部应力一应变法要

用到材料的C一一N曲线，而E一一N曲线是在控制应变的条件下进

行疲劳试验而得到的，试验数据资料比较少，不如S-N曲线容易得到，

这也影响了该方法的使用。

3能量法

基本假定:由相同的材料制成的构件(元件或结构细节)，如果在疲

劳危险区承受相同的局部应变能历程，则它们具有相同的疲劳裂纹形