谈谈研究振动疲劳的主要意义

zhangkai

从人们发现疲劳现象以来，疲劳研究经历了以不同学科为理论基础的研究阶段，表达了疲劳破坏理论不断发展与完善的过程。
疲劳研究最初以材料力学为理论基础，后来为满足工程实践对疲劳设计精度不断增长的需求，逐步发展为以弹塑性力学、断裂力学等为理论基础。学术界与工程界对疲劳展开了大量的研究，进展飞速，但在研究结构疲劳时，都忽略了结构动态特性（例如固有频率、结构阻尼等）的影响。由于现代工业的蓬勃发展，工程结构所处的振动环境日趋复杂，仍然采用常规的疲劳破坏理论已难以精确地估算结构的疲劳寿命，或者无法解释工程上某些结构疲劳破坏问题。

理论上，疲劳研究应该是同时考虑静、动载荷引起的疲劳，但是实际上以往的疲劳强度理论只考虑了总载荷中“相对”静载荷部分的疲劳问题。
长时间以来，疲劳问题的研究一直采用静力学的处理方法。振动和疲劳作为工程结构遇到的两大问题，它们的研究被孤立起来了，忽略两者之间的耦合作用。从全局的观点出发，振动和疲劳之间相互耦合，把两者孤立起来研究是不符合实际的。

因此，工程结构振动疲劳现象对疲劳理论的发展提出了以下新的研究目标：

共振条件下，结构疲劳寿命是否发生突变；
频率、阻尼和结构疲劳寿命之间具有怎样的内在规律。

其研究成果对工业发展，尤其是航空科学技术的发展具有深刻的理论意义与工程应用价值，简要叙述如下：

1. 考虑疲劳与振动之间的耦合影响，合理解释工程结构振动疲劳现象。
深入了解结构振动疲劳现象的本质，可进一步在工程结构设计中定性分析及定量计算结构所经受的疲劳程度。结合振动疲劳破坏机理及其设计准则，对提高工程结构抗疲劳设计精度，特别是飞机结构的疲劳定寿、延寿及保证安全可靠性具有重要意义。
2. 揭示结构疲劳破坏与其动态特性之间的内在规律。
首先，全面了解疲劳破坏过程与结构动态特性之间的变化规律，对发展基于振动理论的结构健康监测技术具有重要的理论意义。
其次，深入了解加载频率对疲劳破坏的影响，可为基于疲劳损伤理论的加速振动强度试验技术的发展提供理论基础。
3. 确定结构振动疲劳损伤和失效的外在原因。
根据振动疲劳损伤的外在原因，可预防工程结构振动疲劳、规范机械操作和限定使用环境。同时，对优化机械结构设计、改进制造工艺以及结构最小重量设计具有重要的工程应用价值。
4. 解决振动与疲劳研究之间的盲区。
随着对振动疲劳现象认识的深入和普及，振动疲劳研究将引导人们对种种疲劳破坏行为产生认识方面的飞跃。