许多工况载荷历史中都会有非零的平均应力。人们发明了三种平均应力修正方法,可以省去必须在不同平均应力下进行疲劳测试的麻烦:
图 平均修正方法
这三种方法都只能应用于所有相关联的S-N曲线都基于完全反转载荷的情况。而且,只有所应用疲劳载荷周期的平均应力与应力范围相比很大时,修正才有意义。上图显示了交替应力、材料应力极限和载荷平均应力之间的关系,该图称为Goodman图表。
实验数据显示,失效判据位于Goodman曲线和Gerber曲线之间。这样,就需要一种实用的方法基于这两种方法并使用最保守的结果来计算失效。
疲劳寿命的计算方法
对每个设计进行物理测试明显是不现实的。在多数应用中,疲劳安全寿命设计需要预测零部件的疲劳寿命,从而确定预测的工况载荷和材料。
计算机辅助工程(CAE)程序使用三种主要方法确定总体疲劳寿命。这些方法是:
·应力寿命方法(SN)
这种方法仅基于应力水平,只使用W?hler方法。尽管不适用于包含塑性部位的零部件,低周疲劳的精确度也乏善可陈,但这种方法最容易实施,有丰富的数据可供使用,并且在高周疲劳中有良好的效果。
·应变寿命(EN)
这种方法可以对局部区域的塑性变形进行更详细的分析,非常适合低周疲劳应用。但是,结果存在一些不确定性。
·线性弹性破坏力学(LEFM)
这种方法假设裂缝已经存在并且被检测到,然后根据应力强度预测裂缝的增长。借助计算机代码和定期检查,这种方法对大型结构很实用。
由于易于实施并且有大量的材料数据可用,SN是最常用的方法。