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疲劳仿真研究系列1——S-N曲线

幻想飞翔

2年前浏览2761

2021年2月20日，美联航一架波音777-200客机起飞后，右发动机外壳脱离爆炸起火。美国国家运输安全委员会随后建议暂停搭载与涉事客机同型号发动机的波音777飞机运营.随后，该安全委员会于3月5日发布了一份初步调查报告。报告显示，在损坏的发动机风扇叶片上发现了一些由于金属疲劳导致的细微裂痕。专家表示，调查显示，事故发生时，脱落的风扇叶片切断了其他风扇叶片，导致事故进一步严重。

图1 飞机事故照片

关于金属疲劳的研究已经持续很长时间了，有记载的最早进行疲劳试验是德国的W.A.艾伯特。法国的J.-V.彭赛列首先论述了疲劳问题并提出“疲劳”这一术语。但疲劳研究的奠基人则是德国的A.沃勒，他在19世纪50～60年代最早得到表征疲劳性能的S-N曲线并提出疲劳极限的概念。目前疲劳失效的研究已经经历了170多年的发展，遗憾的是我们并没有完全吃透和驾驭这个理论，所以关于疲劳失效的研究伴随这一次次重大的事故而不断的深入人心。

由于疲劳研究的个性化非常强，随着研究对象的不同又诞生出了不同的分支，如基于BS5400或EN1993的焊缝疲劳研究也是疲劳仿真的一个重要分支。例如我们团队的车辆焊缝疲劳仿真：

图2 某地铁项目侧墙焊缝疲劳分析

图2中是某项目地铁中侧墙焊缝的疲劳寿命，疲劳仿真离不开S-N曲线，今天先和大家聊下这方面的内容，希望做到深入浅出。

01S-N曲线是什么

想象一种工况，比如图3 所示，一个悬臂梁一端固定在墙上，一端耦合到一个点上，施加F1的力。这个力是周期重复，那么经历一定的重复次数后，悬臂梁会发生损伤。这时候记做N1.同样的方法，可以得到F2-N2，F3-N3...。由于F受截面积影响，对数据进行处理，得到一系列应力与循环次数的关系，即S1-N1，S2-N2，S3-N3，S3-N4，