仿真笔记——结构疲劳分析的必要性
在日益严酷的市场竞争中，产品的寿命和可靠性成为人们越来越关注的焦点，每年因结构疲劳大量产品在其有效寿命期内报废，由于疲劳破坏而造成的恶性事故也时有出现。
据统计，每年早期断裂造成的损失达1190亿美元，其中95%是由于疲劳引起的断裂，应用疲劳耐久性技术，其中的50%是可以避免的。因此，许多企业将疲劳耐久性定为产品质量控制的重要指标。
在传统的设计过程中，机械产品的疲劳寿命通常是通过一定量物理样机的耐久试验得到，不但试验周期长、耗资巨大，而且许多相关参数与失效的定量关系也不可能在试验中得出，试验结论还可能受许多偶然因素的影响。
产品投放市场后，耐久性问题的出现造成许多新产品失去竞争力，给企业带来巨大的经济损失，同时又使企业形象蒙受巨大的负面影响。
在中国，疲劳耐久性与可靠性问题更是普遍存在，是国产产品缺乏国际竞争力的最重要因素之一。
随着计算机技术发展而诞生的现代设计技术，使企业以较低的成本设计出高耐久性产品成为可能。在产品设计阶段采用FE-SAFE，可在物理样机制造之前进行疲劳分析和优化设计，预测产品的寿命，真正实现等寿命周期设计，并可极大地降低 制造物理样机和进行耐久性试验所带来的巨额研发费用。
当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏。这种在交变载荷作用下材料或结构的破坏现象，就叫做疲劳破坏。
疲劳破坏的特征：材料力学是根据静力试验来确定材料的机械性能（比如弹性极限、屈服极限、强度极限）的，这些机械性能没有充分反映材料在交变载荷作用下的特性。因此，在交变载荷作用下工作的零件和构件，如果还是按静载荷去设计，在使用过程中往往就会发生突如其来的破坏。
疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质区别：
静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏，疲劳破坏是多次反复载荷作下产生的破坏，它不是短期内发生的。
当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏，而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。
静力破坏通常有明显的塑性变形；产生疲劳破坏，通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象，即便是塑性良好的金属也这样，就像脆性破坏一样，事先不易觉察出来，这表明疲劳破坏具有更大的危险性。
在静力破坏的断口上，通常只呈现粗粒状或纤维状特征；而在疲劳破坏的断口上，总是呈现两个区域特征，一部分是平滑的，另一部分是粗粒状或纤维状。因为疲劳破坏时，首先在某一点产生微小的裂纹，其起点叫“疲劳源”裂纹从疲劳源开始，逐渐向四周扩展。由于反复变形，裂开的两个面时而挤紧，时而松开，这样反复摩擦，形成一个平滑区域。在交变载荷继续作用下，裂纹逐渐扩展，承载面积逐渐减少，当减少到材料或构件的静强度不足时，就会在某一载荷作用下突然断裂，其断裂面呈粗粒状或纤维状。
静力破坏的抗力主要取决于材料本身，而疲劳破坏的抗力与材料的组成、构件的形状或尺寸、表面状况、使用条件以及外界环境都有关系。
因此，从产品的耐久可靠性和寿命方面考虑，综合成本因素，且随着计算机技术的发展，在产品设计阶段采用FE-SAFE，可在物理样机制造之前进行疲劳分析和优化设计，预测产品的寿命，真正实现等寿命周期设计，并可极大地降低 制造物理样机和进行耐久性试验所带来的巨额研发费用。
