导读：FKM（《Analytical Strength Assessment of Components in Mechanical Engineering》）规范是德国机械工程研究委员会根据机械产品在实际工程中的应用情况，统计出的针对由钢、铸铁及铝材料制成构件的静强度及疲劳强度的评估规则，考虑了大多数对构件强度（静态和动态）产生影响的因素（表面状况、残余应力、结构细节等），可以基于名义应力法或局部应力法使用利用率对焊接和非焊接构件的静强度及疲劳强度问题进行评估，在欧洲各领域得到了大范围的应用。

本文分为上、下两篇，上篇主要结合规范，简要介绍基于FKM规范对非焊接构件采用名义应力法及局部应力法进行疲劳强度评估的流程，希望大家能够对采用FKM规范进行疲劳强度评估的过程有概念上的了解。

下篇将结合FKM针对非焊接构件的手动计算实例及软件计算实例进行介绍，从实例化的的角度分别介绍FKM在非焊接构件疲劳强度评估中的手动及软件计算过程，同时验证FKM Inside ANSYS软件计算结果的准确性及方便性。

以下是正文

基于FKM规范进行疲劳强度评估采用以下8个步骤进行，如下图1所示，通过应用有限元分析方法、工程计算方法和实验检测得到评估部位的最大交变应力幅(或)，根据材料特性和结构设计参数得到构件疲劳强度极限（或），然后根据安全因子计算得到部件的强度利用率

或

若小于1，则构件在这样的循环载荷作用下被评估部位满足疲劳强度要求，否则不满足疲劳强度要求。

图1 疲劳强度评估过程

下面针对各步骤展开进行说明：

一、特征工作应力：

1、相关说明：

a. FKM规范的疲劳方法适用于高周疲劳（总循环次数）

b. 对于变幅应力谱的参数：

① 最高幅值，i=1（谱中的最大值）;

② 对应的平均应力，step1;

③ 第i步的平均应力

④ 对应所需疲劳寿命的总循环次数（需要的总循环次数），(i从1到j)

⑤每一段的循环次数,其中i=1,……j

⑥ i：谱中的步数，i=1,……j

⑦ j：谱中的最后一步

⑧ V：潜在损伤，谱形状的特征值

以及描述了应力谱的形状，总是正值，可以是正值、负值或者0。

c.对于横幅载荷循环：横幅载荷循环可以看作变幅载荷循环的特例，i=1

d.横幅S-N曲线的特征值:在材料S-N曲线的基础上考虑了设计因子及平均应力因子的影响

图2 横幅S-N曲线

① ：应力幅

② ：构件的名义疲劳极限

③ ：耐久极限

④ N ：循环次数

⑤ ：构件横幅S-N曲线拐点处的循环次数

⑥ ：只用于构件model Ⅱ横幅S-N曲线；第二段拐点处的循环次数

⑦ K：对于S-N曲线段的斜率

⑧ ：只用于构件model Ⅱ横幅S-N曲线；对于S-N曲线段的斜率

⑨ ：耐久极限低于构件名义疲劳极限的因子

2、名义应力：针对杆状及壳状结构：

① 轴向应

② 弯曲应力以及

③ 剪切应力以及

④ 扭转应力（壳状结构忽略）。

与各应力分量相对应的幅值及平均应力分别为：

⑤

⑥

采用名义应力法需要材料具有足够的韧性（本规范中材料的韧性基于延展率A进行考虑，一般规定A），例如GJS,GJM以及铝材（锻铝或铸铝）等材料。

通常，作用于杆状构件的应力类型包括：一个轴向应力（拉伸或者压缩），两个弯曲应力，两个剪应力以及一个扭转应力，各应力分量计算公式参考如下：

3、局部应力：局部应力包含了由几何缺口产生的峰值应力。在可以定义参考截面的情况下，可以通过采用名义应力乘以应力集中因子的方法计算局部应力。然而，局部应力法通常采用能反映构件真实几何形状的实体模型利用有限元方法计算得到。局部应力法适用于所有构件。局部应力说明如下，参见FKM规范Figure0.3-3：

① 2D：应力以及在平面内；Z方向的正应力及剪应力被忽略，或者

②3D：注意的定义与常规不同，在FKM规范中将构件表面的主应力定为，是垂直于表面的应力。主应力只有在参考表面有外力时才产生。

图3 参考点处应力分量