概述

疲勞壽命預(yù)測方法很多。按疲勞裂紋形成壽命預(yù)測的基本假定和控制參數(shù)，可分為名義應(yīng)力法、局部應(yīng)力一應(yīng)變法、能量法、場強(qiáng)法等。

1. 名義應(yīng)力法

名義應(yīng)力法是以結(jié)構(gòu)的名義應(yīng)力為試驗(yàn)和壽命估算的基礎(chǔ)，采用雨流法取出一個個相互獨(dú)立、互不相關(guān)的應(yīng)力循環(huán)，結(jié)合材料的S -N曲線，按線性累積損傷理論估算結(jié)構(gòu)疲勞壽命的一種方法。基本假定：對任一構(gòu)件(或結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)或元件)，只要應(yīng)力集中系數(shù)KT相同，載荷譜相同，它們的壽命則相同。此法中名義應(yīng)力為控制參數(shù)。該方法考慮到了載荷順序和殘余應(yīng)力的影響，簡單易行。

但該種方法有兩個主要的不足之處：一是因其在彈性范圍內(nèi)研究疲勞問題，沒有考慮缺口根部的局部塑性變形的影響，在計算有應(yīng)力集中存在的結(jié)構(gòu)疲勞壽命時，計算誤差較大；二是標(biāo)準(zhǔn)試樣和結(jié)構(gòu)之間的等效關(guān)系的確定十分困難，這是由于這種關(guān)系與結(jié)構(gòu)的幾何形狀、加載方式和結(jié)構(gòu)的大小、材料等因素有關(guān)。正是因?yàn)樯鲜鋈毕荩姑x應(yīng)力法預(yù)測疲勞裂紋的形成能力較低，且該種方法需求得在不同的應(yīng)力比R和不同的應(yīng)力集中因子KT下的S-N曲線，而獲得這些材料數(shù)據(jù)需要大量的經(jīng)費(fèi)。因而名義應(yīng)力法只適用于計算應(yīng)力水平較低的高周疲勞和無缺口結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。近年來，名義應(yīng)力法也在不斷的發(fā)展中，相繼出現(xiàn)了應(yīng)力

2. 局部應(yīng)力一應(yīng)變法

局部應(yīng)力一應(yīng)變法的基本思想是根據(jù)結(jié)構(gòu)的名義應(yīng)力歷程，借助于局部應(yīng)力-應(yīng)變法分析缺口處的局部應(yīng)力。再根據(jù)缺口處的局部應(yīng)力，結(jié)合構(gòu)件的S-N曲線、材料的循環(huán)。一曲線、E -N曲線及線性累積損傷理論，估算結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

基本假定:若一個構(gòu)件的危險部位(點(diǎn))的應(yīng)力一應(yīng)變歷程與一個光滑小試件的應(yīng)力一應(yīng)變歷程相同，則壽命相同。此法中局部應(yīng)力一應(yīng)變是控制參數(shù)。

局部應(yīng)力一應(yīng)變法主要用于解決高應(yīng)變的低周疲勞和帶缺口結(jié)構(gòu)的疲勞壽命問題。該方法的特點(diǎn)是可以通過一定的分析、計算將結(jié)構(gòu)上的名義應(yīng)力轉(zhuǎn)化為缺口處的局部應(yīng)力和應(yīng)變。它可以細(xì)致地分析缺口處的局部應(yīng)力和應(yīng)變的非線性關(guān)系，可以考慮載荷順序和殘余應(yīng)力對疲勞壽命的影響。因此，到目前為止，局部應(yīng)力-應(yīng)變法是一種比較好的疲勞壽命估算方法。它克服了名義應(yīng)力法的兩個主要缺陷，但它亦有本身固有的缺陷。一是沒有考慮缺口根部附近應(yīng)力梯度和多軸應(yīng)力的影響。二是疲勞壽命的計算結(jié)果對疲勞缺口系數(shù)K值非常敏感。而在實(shí)際工作中，精確地確定結(jié)構(gòu)的K值是非常困難的，這就影響了局部應(yīng)力一應(yīng)變法估算疲勞壽命的精度。此外，局部應(yīng)力一應(yīng)變法要用到材料的C一N曲線，而E一N曲線是在控制應(yīng)變的條件下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)而得到的，試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料比較少，不如S-N曲線容易得到，這也影響了該方法的使用。

3. 能量法

基本假定:由相同的材料制成的構(gòu)件(元件或結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié))，如果在疲勞危險區(qū)承受相同的局部應(yīng)變能歷程，則它們具有相同的疲勞裂紋形成壽命。

能量法的材料性能數(shù)據(jù)主要是材料的循環(huán)應(yīng)力一應(yīng)變曲線和循環(huán)能耗一壽命曲線。雖然在現(xiàn)有的能量法中均假設(shè)各循環(huán)的能耗是線性可加的，而事實(shí)上由于循環(huán)加載過程中材料內(nèi)部的損傷界面不斷擴(kuò)大，因此能耗總量與循環(huán)數(shù)之間的關(guān)系是非線性的。這一關(guān)鍵問題導(dǎo)致了能量法難于運(yùn)用于工程實(shí)際。因此能量法可能不是一種十分合理和有前途的方法。

4. 場強(qiáng)法

基本假設(shè):由相同的材料制成的構(gòu)件(元件或結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié))，如果在疲勞失效區(qū)域承受相同應(yīng)力場強(qiáng)度歷程，則具有相同疲勞壽命。此法的控制參數(shù)是應(yīng)力場強(qiáng)度。用場強(qiáng)法預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋的形成壽命時，需要循環(huán)應(yīng)力一應(yīng)變曲線和S-Nf曲線(或