基于CAE技术的铝型材挤压模具疲劳寿命仿真分析(9)

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高教硕上学位论文

１．３常用工程疲劳设计方法

疲劳设计是用以处理动应力以及由此产生的破坏方式的基本方法。工程疲劳设计一般有下面几种方法。

（１）无限寿命设计以无限长寿命作为疲劳设计判据，要求构件的设计应力水平低于其疲劳极限应力。疲劳极限应力是应力．寿命曲线上足够长的循环寿命所对应的应力水平。对发动机气缸的阀门弹簧、连杆，轮轴等长期承受交变应力的构件，无限寿命设计是一种简单合理的方法。但无限寿命设计常常使设计的构件过于笨重。

（２）有限寿命设计对于不要求无限寿命，或高应力水平的载荷出现的机会很少的构件，可以根据应力．寿命关系、应变．寿命关系或裂纹扩展情况，分析预测构件的使用寿命，在使用寿命结束前修理或更换构件。有限寿命设计方法只保证零构件在规定的使用期限内能安全使用。有限寿命设计在汽车、飞机、压力容器、桥梁等领域被广泛采用。根据Ｓ．Ｎ曲线进行寿命设计称为名义应力有限寿命设计，根据￡．Ｎ曲线进行设计则称为局部应力应变法。

（３）破损安全设计飞机一类的结构通常不允许有很大的安全系数，因为安全系数大将增加不必要的重量，但又不能因为安全储备不足而造成破坏事故。破损安全的实质是：在规定的使用年限中，允许产生疲劳裂纹，并允许裂纹扩展，但其剩余强度应大于限制载荷。破损安全设计的要点是：有冗余的载荷传递路线，结构发生局部开裂后仍具有一定的强度。这种设计常常采用多路传力系统或在结构中布置分段止裂件，以达到破损安全的效果。

（４）损伤容限设计这种方法是对破损安全设计的进一步改进。损伤容限设计采用这样的疲劳设计准则：允许构件在服役期间存在疲劳裂纹，但在构件的疲劳裂纹被检查出来并被维修或更换之前，不能因构件裂纹而导致结构发生破坏。在损伤容限设计中，假定构件中存在着裂纹，用断裂力学方法对其进行分析，通过实验验证在周期性检查能够发现问题之前，裂纹是否会扩展到引起疲劳破坏的尺寸。为了保证容许的裂纹在检查周期内不扩展到引起结构破坏，构件往往采用裂纹扩展缓慢且断裂韧性较高的材料制造。

（５）疲劳可靠性设计疲劳可靠性设计法是概率统计方法和疲劳设计方法相结合的产物，也称为概率疲劳设计。这种设计方法考虑了载荷、材料强度、几何尺寸等随机变量，研究他们的分布规律，运用概率统计方法进行计算，可以把破坏概率限制在一定的范围内，设计精度比其他抗疲劳设计方法高。

确定结构和机械疲劳寿命的方法主要有两种：试验法和试验分析法。试验分析法也称科学疲劳寿命分析法。

试验法完全依赖于试验，是传统的方法。它直接通过与实际情况相同或相似的试验来获取所需要的疲劳数据。通常的做法是先测定载荷谱，进行材料性能实