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疲勞是結(jié)構(gòu)在一定載荷水平范圍內(nèi)(小于極限靜載荷)，承受重復(fù)性載荷而產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。疲勞過程就是由于載荷的重復(fù)作用導(dǎo)致零件材料內(nèi)部的損傷累積過程，其發(fā)生破壞的最大應(yīng)力水平低于極限靜強(qiáng)度，而且一般都低于材料的屈服極限，因此，對承受著交變載荷或?qū)ΨQ疲勞載荷的多數(shù)機(jī)械結(jié)構(gòu)來說，機(jī)械靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)并不能反映它們的實(shí)際載荷情況。
以鐵路機(jī)車的關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)向架為例，自列車提速以來，疲勞破壞的直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)數(shù)千萬元以上。許多機(jī)械和零/部件受到隨機(jī)載荷、波動載荷或交變載荷，使機(jī)構(gòu)和零/部件產(chǎn)生交變應(yīng)力，最終導(dǎo)致零件的疲勞破壞，引起機(jī)械零/部件的斷裂失效，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見，結(jié)構(gòu)的疲勞分析是目前一個(gè)亟待解決的重要課題。
隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析技術(shù)越來越成熟，在工程上的應(yīng)用日趨廣泛。在工程分析領(lǐng)域，利用有限元軟件，可以根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載所出現(xiàn)的反應(yīng)，例如應(yīng)力、位移、溫度等，在已知結(jié)構(gòu)受到外力負(fù)載后，能夠分析判斷是否符合設(shè)計(jì)要求。可通過實(shí)測或其他方法得到機(jī)械結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)下受力的變化數(shù)值，以載荷譜的形式進(jìn)行有限元疲勞分析，得到疲勞壽命及動載荷下應(yīng)力應(yīng)變的變化，從而為結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及優(yōu)化提供更有效的數(shù)據(jù)。這種方法可縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)約大量的試驗(yàn)和生產(chǎn)費(fèi)用，降低研制成本，從而在技術(shù)上保證新產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
對于結(jié)構(gòu)的疲勞分析，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性程度、載荷情況選用合適的分析計(jì)算方法。對機(jī)械結(jié)構(gòu)中重要的疲勞強(qiáng)度計(jì)算和校核，應(yīng)該按照最小應(yīng)力保持不變進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)中一般性的疲勞強(qiáng)度計(jì)算和校核，應(yīng)該按照應(yīng)力幅進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，對不重要的疲勞強(qiáng)度計(jì)算和校核，應(yīng)該按照應(yīng)力比保持不變進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，對于承受非規(guī)律性的變應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照Ｍｉｎｅｒ法則進(jìn)行疲勞計(jì)算。
用有限元法對交變載荷作用下結(jié)構(gòu)疲勞壽命的計(jì)算可以利用有限元分析的應(yīng)力結(jié)果，按照疲勞強(qiáng)度公式計(jì)算結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，也可以直接在有限元軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞計(jì)算。以鐵路機(jī)車的關(guān)鍵部件構(gòu)架為例進(jìn)行疲勞分析，其應(yīng)用CAE軟件進(jìn)行分析的基本步驟。
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