应力分析概要

1.概述

应力分析是一种用于结构件寿命分析的方法，最早的应用场景可能是路桥，因为西方提前我们两百年以上进入大工业时代。许多人工建筑的寿命是有限的，这类实际需求催生出寿命预测和诊断。结构件的失效，最根本的因素是因为应力的作用——冲击应力、持续弱应力不断作用，然后出现裂纹，然后导致结构件失效。专业的名词叫疲劳分析。属于材料学范畴。

2.应力作用下的材料寿命

现代生产生活中，有很多确定配方的材料被大批量使用，对于工业、机械而言，主要的关注对象是钢铁有色金属类的应力特征。

应力分析中，一种新材料出现后，要进行应力实验，主要来测定三个个最关键的数据点，一个是抗拉强度，这个应力水平是三个应力点中最高的一个，对于钢铁类材质而言，通常会达到大气压的3000~5000倍，甚至更高。一旦超过这个拉力水平，工件就会被拉断。broken。

是的，应力的单位是压强（准确一点的描述应该叫拉强，因为对于具备弹性的材料而言，压应力对材质的寿命没有影响。甚至，为了能够让材料的寿命更长，出厂时，会对材料适应预置的压应力，以抵消设备使用中产生的拉应力。

第二个应力点，叫屈服强度，超过这个压强，设备一点施加应力，将无法恢复原状。所以，教科书的说法，这个地方，叫弹性形变和塑性形变的分界点。

第三个应力点，非常神奇，你几乎看不到它，但是你知道它存在。应力低于这个应力点，材料会进入超长寿命区。它的寿命可以认为是无穷大。

三个点，描绘出了一条三折线。注意，如果应力和表征寿命的等幅应力循环次数（一个成为work cycle）如果采用对数坐标，则这三条折线的中段，会呈现出线性特征。

这条对数坐标曲线叫S-N曲线。

3.工程计算

工程进行寿命解算时，针对微应力的解算，主要的理论依据就是S-N曲线。 S-N曲线中，工作循环低于10e3的高强度应力，另行处理，应力幅度的材料崩溃次数高于10e7，认为此时应力对工件的影响已经微乎其微，不再计算。所以，S-N曲线，在微应力计算时仅使用10e3到10e7的一段。

3.1雨流计数

雨流计数是为了识别到应力循环。因为S-N曲线已知，一旦我们能够统计出工件在比如每天，一共出现了一次循环应力作用，而这个作用结合其应力振幅，就可以能够换算到S-N曲线上的某个点，那么将其对应的寿命递减，然后就能够估算在这种微应力作用下的疲劳损伤，进而根据每日工作时的应力水平，推算出该点，机械应力作用下，工件的失效时间。

3.2高振幅，跨越屈服强度的应力

这类应力会改变工件的结构特性，造成工件更迅速地失效。事实上，每一次微小损伤的作用下，工件的微观结构下的细微的裂缝都会增大，被扯裂。最终在应力集中区被释放。

3.3 工件材质与参数查询

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3.4 传感器，精度

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