振動與疲勞的關系

美國材料試驗協會 (ASTM) 在“疲勞試驗及數據統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，且在足夠多的循環擾動作用之后形成裂紋或*斷裂的材料中所發生的局部的、永 JIU 結構變化的發展過程。”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，絕大多數結構或設備都處于不同程度的振動環境之中，它們直接或間接受到各種不同動態載荷的激勵作用，在長時間的振動損傷累積作用下，終發生疲勞斷裂。如汽車行駛時要經受發動機產生的振動以及地面不平、緊急剎車等引起的動態載荷，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，結構疲勞破壞加劇；與此同時，由于疲勞裂紋的擴展，結構的自然頻率發生變化，振動激勵的頻率偏離結構自然頻率，結構遠離共振狀態，因此結構的裂紋擴展速率又會開始下降。

從以上分析，可以發現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響應特征。以往簡單的忽略結構對外界載荷動態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響應應力信號PSD 以后，根據應力的PSD 信號，計算結構的疲勞壽命問題。根據上面的分析流程，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據，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，配合結構疲勞數據獲取疲勞壽命數據。