S-N曲线 — CAE用语解说

「只是一张图」这样说也对，但它是疲劳设计的所有出发点数据。横轴为循环次数N（对数），纵轴为应力振幅S（对数），由材料试验破断前的结果绘制而成。也称为Wöhler曲线。例如在估算汽车悬架部件的寿命时，首先要从这条S-N曲线开始。

在双对数图上呈现近似直线向右下方倾斜。应力越高破损循环次数越少，这符合直观理解。对于钢铁材料，在10⁶～10⁷次循环左右曲线变平，这个平直部分的应力称为「疲劳极限」。也就是说，低于这个应力理论上可以无限循环而不破坏。

实际上铝和铜合金没有明确的疲劳极限。S-N曲线一直保持向右下倾斜的趋势。因此在航空飞行器铝结构部件中，通常采用「10⁸次循环时强度」这样特定寿命的方式来评估。

首先通过FEM求出应力分布，然后将各点的应力振幅与S-N曲线对照。对于变载荷情况，使用雨流计数法提取应力循环，然后用Miner法则计算累积损伤。例如对于发动机曲轴，每转一圈的弯曲应力从S-N曲线转换为寿命，可以预测能行驶多少万公里。

S-N曲线的基本关系式用Basquin方程表示。

很好的指出。将试验片结果应用到实际部件时，需要用表面光洁度系数、尺寸效应和应力集中系数进行修正。焊接接头的S-N曲线特别容易下降，因此在实务中通常使用按焊接等级划分的专用S-N曲线（例如IIW规范的FAT等级）。

S-N曲线用于高循环疲劳（10⁴次以上，弹性范围）。ε-N曲线（应变-寿命）用于低循环疲劳（塑性范围主导）。对于发动机部件这样因热循环而产生反复塑性应变的情况，使用ε-N曲线。相关用语总结如下。

对的，一定要确认S-N曲线的出处和试验条件（平均应力、环保温度、表面状态）。直接使用样本值的话，实际寿命会出现很大偏差，所以要特别注意。