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)。
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。
注: 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。
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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。