Coffin-Manson法则 — CAE术语解说

S-N曲线适用于应力振幅与破坏循环数的关系，属于"弹性域疲劳（高循环）"范畴。Coffin-Manson法则通过塑性应变振幅Δε_p与N_f的递减关系表达式来描述，对塑性变形突出的低循环疲劳（≤10⁴次）具有强大适用性。汽车发动机部件、涡轮叶片、核电配管的低循环疲劳设计是主要应用领域。

公式为 Δε_p / 2 = ε'_f (2N_f)^c 。ε'_f是疲劳延性系数，c是疲劳硬化指数（负值），常数c约为-0.5～-0.7。形象来说——横轴为破坏循环数N_f，纵轴为塑性应变振幅，从左下向下倾斜的直线就是这条"推定线"。完整的表达式还包含弹性项，称为Ramberg-Osgood式（E-N式），也经常被使用。

用FEM计算应力和应变分布，从各节点提取塑性应变振幅Δε_p后代入Coffin-Manson式的工作流程。Ansys Mechanical的"疲劳工具"或Abaqus的"疲劳插件"等可以实现自动化。发动机机体冷却套周围等应力集中处会被判定为最小破坏循环数N_f最短的位置。

如果模型输入或采用的实验式（如拉伸特性参数或材料常数）设置不当，就容易出现偏差。应对措施是：①通过循环试验导出自身的疲劳曲线，②精准重新设置多向应力状态下的材料参数，③采用Chaboche模型提高循环荷载下的塑性行为预测精度——通常采用这三阶段的方法来逐步改进。