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背景

ASTM標準對疲勞的定義：The process of progressive, localized, permanent structural change occurring in a material, subjected to conditions that produce fluctuating stresses and strains at some point or points and that may culminate in cracks or complete fracture after a sufficient number of fluctuations.

1）疲勞是累積發展的過程；

2）疲勞必須有交變載荷；

3）疲勞發生在局部位置；

4）疲勞對結構產生永久性影響；

5）疲勞最終由于裂紋的發展而導致失效；

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Fatigue Tool

疲勞分析是很復雜的問題，存在專業的工具，比如ANSYS平臺下有nCode DesignLife。其實ANSYS Mechanical自身也提供了簡易的疲勞分析工具-Fatigue Tool，如下圖所示。

本文主要介紹和載荷相關的兩個屬性：載荷類型和 平均應力修正理論 。

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載荷類型

Fatigue Tool中提供了如下載荷類型。

Fully Reversed。交變載荷為正弦變化，最大值和最小值大小相等方向相反。

Zero Based。交變載荷為正弦變化，最小值為0。

Ratio。交變載荷為正弦變化，最小值與最大值的比值由用戶自定義。

History Data。交變載荷取決于讀取的載荷文件。

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平均應力修正理論

Fatigue Tool中提供了如下平均應力修正理論。

初次接觸疲勞分析的用戶可能不太理解平均應力修正。

以下五張圖表達的是材料的某壽命下應力幅隨交變載荷平均應力的變化規律。縱坐標為材料的某壽命下的應力幅，橫坐標為0表示交變載荷的平均值為0；0位右側Yeild表示交變載荷的平均應力值為材料的屈服強度(拉)，右側Ultimate表示交變載荷的平均應力值為材料的強度極限(拉)；0位左側也有類似的Yeild(壓)和Ultimate(壓)，只是沒有標記.

不修正

Goodman，受壓不修正(截止于強度極限)，受拉按強度極限線性修正

Soderberg，受壓不修正(截止于屈服強度)，受拉按屈服強度線性修正

Gerber，受壓和受拉都按強度極限非線性修正

ASME，受壓不修正(截止于屈服強度)，受拉按屈服強度非線性修正

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總結

相比專業的疲勞分析工具，Fatigue Tool是非常簡易的，使用門檻低，并且考慮了對疲勞性能有主要影響的因素，所以具有很大的實用價值。平均應力修正理論可能有點費解，所以本文對此作了詳細說明。