振动与疲劳的关系

美国材料试验协会 (ASTM) 在“疲劳试验及数据统计之有关术语的标准定义”(ASTM  E206-72) 中定义“疲劳是在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或*断裂的材料中所发生的局部的、永 JIU 结构变化的发展过程。”很明显结构疲劳与其受到的振动载荷密切相关。工程实际中，绝大多数结构或设备都处于不同程度的振动环境之中，它们直接或间接受到各种不同动态载荷的激励作用，在长时间的振动损伤累积作用下，终发生疲劳断裂。如汽车行驶时要经受发动机产生的振动以及地面不平、紧急刹车等引起的动态载荷，一些安装附件的支架结构容易受到振动信号的作用而发生短期疲劳。

结构的疲劳过程包括裂纹的形成、裂纹扩展和快速断裂三个阶段。由于结构裂纹改变了结构的动力特性，同样也就改变了结构动力特性对疲劳的作用。例如，趋向共振的结构裂纹扩展速率加快，结构疲劳破坏加剧；与此同时，由于疲劳裂纹的扩展，结构的自然频率发生变化，振动激励的频率偏离结构自然频率，结构远离共振状态，因此结构的裂纹扩展速率又会开始下降。

从以上分析，可以发现振动与疲劳密不可分，解决疲劳问题必须同时兼顾结构对外界激励的动态响应特征。以往简单的忽略结构对外界载荷动态特性的疲劳分析方法是不准确的，特别是对于一些受到振动信号作用的支架类零部件，更加需要根据振动激励信号，开展振动疲劳寿命分析和研究。

振动疲劳寿命计算理论

如同基于时域疲劳分析方法一样，振动疲劳寿命分析的关键一步就是在获取结构的动态响应应力信号PSD 以后，根据应力的PSD 信号，计算结构的疲劳寿命问题。根据上面的分析流程，对获取的信号进行预处理，得到可以通过程序进行疲劳计算的输入数据，然后利用MSC.nastran 软件开展结构频率响应分析，获取结构单位激励信号的响应，利用结构响应分布以及测试的激励信号，配合结构疲劳数据获取疲劳寿命数据。