应力-寿命 (SN) 方法

当结构中的应力水平主要落在弹性范围内时,应力寿命方法可以很好地预测疲劳寿命。

在这样的循环载荷条件下,结构通常可以承受大量的载荷循环;这就是所谓的高周疲劳。

当循环应变扩展到塑性应变范围时,结构的疲劳耐久性通常会明显降低;这是低周疲劳的特征,更过详情,请见下一部分。

普遍接受的高周疲劳和低周疲劳之间的转变点大约位 10000 次载荷循环。

SN 曲线

SN 曲线最先由 Wöhler 提出,它定义了应力和失效周期数之间的关系。

一般情况下,材料的 SN 曲线(以及其他疲劳属性)是从实验(全反转旋转弯曲试验)中获得的。由于试验结果通常伴随着大量分散,因此还应提供数据的统计特征(存活率用于根据曲线的标准误差来修改 SN 曲线,可靠性水平越高,存活率越高)。


Figure 1. 通过测试获得的 SN 数据
当 SN 试验数据以交变法向应力振幅 Sa 和失效循环数 N 的双对数图表进行表示时,S 和 N 之间的关系可以用直线段进行描述。通常情况下,可以使用一段或两段理想化的线段来描述。
Note: 有些 SN 曲线使用应力范围,而非振幅。在材料数据库中,可以将材料属性应力定义设置为振幅或范围。默认使用振幅。


Figure 2. 双对数尺度中的一段式 SN 曲线
(1)(1)
S = S 1 N f b 1 MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8srps0l bbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0R Yxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGa caGaaeqabaqaaeaadaaakeaacaWGtbGaeyypa0Jaam4uaiaaigdada qadaqaaiaad6eadaWgaaWcbaGaamOzaaqabaaakiaawIcacaGLPaaa daahaaWcbeqaaiaadkgacaaIXaaaaaaa@3A74@
段 1 (1)
其中:
  • S 是法向应力振幅
  • Nf 是失效的疲劳周期
  • b1 是第一疲劳强度指数
  • S1 是疲劳强度系数
  • Nc1 是循环持久极限

SN 方法是基于弹性循环载荷,推断出 SN 曲线在寿命轴上的限制应大于 1000 次周期。这样可以确保不会发生明显的可塑性。这通常被称为高周疲劳。