为什么橡胶疲劳计算不采用传统S-N曲线方法？

橡胶由于其材料特性的复杂性，对其疲劳寿命的预测始终是一项极具挑战的工作。现实中也很少听说利用橡胶的S-N曲线进行疲劳寿命分析。这是因为：

1）橡胶中的S-N曲线显示了几个非线性过程的综合影响，但它们不能分离为有关个别过程的有用信息。这意味着S-N曲线用户很难跟踪疲劳失效的原因，当客户或老板询问零件为什么失效时，当然了，S-N曲线用户最终只能回归到“橡胶是神秘的”这一陈词滥调。与此同时，应用临界平面分析+断裂力学的用户则会进行假设检验。他们可以检查最具破坏性的事件和加载方向，以及哪些材料参数（裂纹前体尺寸、应变结晶、临界值、裂纹扩展速率定律、热效应等）可以被利用来解决问题。

2）橡胶中的疲劳失效通常被“特殊效应”所主导：应变级别的依赖性、R比的依赖性、温度的依赖性、速率的依赖性、老化的依赖性等。S-N曲线的使用者不得不在忽略/过度简化这些特殊效应之间做出选择，或者运行实验矩阵，随着增加更多变量，它很快变得不可行。而断裂力学的用户从单个测试样品中获得大量信息（一个测试可以探测许多不同的应变水平、温度、速率等），S-N曲线的用户则获得每个被测试样本的一个数据点。在橡胶技术文献中查找，谷歌/学者返回了不到2000个“橡胶S-N曲线”的结果，但却有78700个“橡胶裂纹扩展曲线”的结果。疲劳裂纹扩展速率曲线比S-N曲线更为普遍，这是有原因的。

3）基于SN的方法是不保守的。S-N曲线用户最终会假设裂纹会沿着最大主应力或应变方向垂直出现。除非您拥有最简单的载荷情况，无压缩和无应变结晶，否则这一假设是不成立的。断裂力学+关键平面分析的用户不用担心是否有简单的载荷、有限应变、相位错位的载荷、压缩载荷、主方向的改变和/或应变结晶。关键平面分析检查裂纹可能以任何方式发展，并因此确保始终找到最坏的情况，而不受详细机制的影响。

4）S-N曲线很混乱。它们强烈依赖于裂纹前体尺寸，这在不同样品、批次和实验室混合和工厂过程之间自然会变化。在SN曲线测试中，不测量也不控制裂纹的大小。这解释了这些测试中出现额外散点的原因。另一方面，在断裂力学测试中，裂纹被测量并控制，从而产生更可重复和可靠的结果。嘈杂的数据意味着S-N曲线使用者难以区分材料或设计选项。断裂力学的用户从更清晰的结果中受益，这允许更准确地进行辨别，同时也需要更少的复 制。

当然了，S-N曲线也不是毫无作用，S-N曲线确实有一个宝贵的用途。S-N曲线可以用于校准断裂力学分析中的裂纹前体尺寸。只需要少量数据点 - 并非整个曲线，因为裂纹前体尺寸不依赖于应变水平或其他“特殊效应”变量。我们建议的做法是仅用少量发生样式测试进行此目的，然后利用断裂力学来表征特殊效应。

总之，对于橡胶的一般疲劳寿命预测目的而言，S-N曲线方法在技术和经济上都输给了现代疲劳求解器中使用的基于断裂力学+临界平面分析的方法。