振動與疲勞的關系

美國材料試驗協(xié)會 (ASTM) 在“疲勞試驗及數(shù)據(jù)統(tǒng)計之有關術語的標準定義”(ASTM  E206-72) 中定義“疲勞是在某點或某些點承受擾動應力，且在足夠多的循環(huán)擾動作用之后形成裂紋或*斷裂的材料中所發(fā)生的局部的、永 JIU 結構變化的發(fā)展過程。”很明顯結構疲勞與其受到的振動載荷密切相關。工程實際中，絕大多數(shù)結構或設備都處于不同程度的振動環(huán)境之中，它們直接或間接受到各種不同動態(tài)載荷的激勵作用，在長時間的振動損傷累積作用下，終發(fā)生疲勞斷裂。如汽車行駛時要經(jīng)受發(fā)動機產(chǎn)生的振動以及地面不平、緊急剎車等引起的動態(tài)載荷，一些安裝附件的支架結構容易受到振動信號的作用而發(fā)生短期疲勞。

結構的疲勞過程包括裂紋的形成、裂紋擴展和快速斷裂三個階段。由于結構裂紋改變了結構的動力特性，同樣也就改變了結構動力特性對疲勞的作用。例如，趨向共振的結構裂紋擴展速率加快，結構疲勞破壞加??；與此同時，由于疲勞裂紋的擴展，結構的自然頻率發(fā)生變化，振動激勵的頻率偏離結構自然頻率，結構遠離共振狀態(tài)，因此結構的裂紋擴展速率又會開始下降。

從以上分析，可以發(fā)現(xiàn)振動與疲勞密不可分，解決疲勞問題必須同時兼顧結構對外界激勵的動態(tài)響應特征。以往簡單的忽略結構對外界載荷動態(tài)特性的疲勞分析方法是不準確的，特別是對于一些受到振動信號作用的支架類零部件，更加需要根據(jù)振動激勵信號，開展振動疲勞壽命分析和研究。

振動疲勞壽命計算理論

如同基于時域疲勞分析方法一樣，振動疲勞壽命分析的關鍵一步就是在獲取結構的動態(tài)響應應力信號PSD 以后，根據(jù)應力的PSD 信號，計算結構的疲勞壽命問題。根據(jù)上面的分析流程，對獲取的信號進行預處理，得到可以通過程序進行疲勞計算的輸入數(shù)據(jù)，然后利用MSC.nastran 軟件開展結構頻率響應分析，獲取結構單位激勵信號的響應，利用結構響應分布以及測試的激勵信號，配合結構疲勞數(shù)據(jù)獲取疲勞壽命數(shù)據(jù)。