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疲勞是結構在一定載荷水平范圍內(小于極限靜載荷)，承受重復性載荷而產生的一種現象。疲勞過程就是由于載荷的重復作用導致零件材料內部的損傷累積過程，其發生破壞的最大應力水平低于極限靜強度，而且一般都低于材料的屈服極限，因此，對承受著交變載荷或對稱疲勞載荷的多數機械結構來說，機械靜強度設計并不能反映它們的實際載荷情況。
以鐵路機車的關鍵部件轉向架為例，自列車提速以來，疲勞破壞的直接經濟損失就達數千萬元以上。許多機械和零/部件受到隨機載荷、波動載荷或交變載荷，使機構和零/部件產生交變應力，最終導致零件的疲勞破壞，引起機械零/部件的斷裂失效，造成巨大的經濟損失。由此可見，結構的疲勞分析是目前一個亟待解決的重要課題。
隨著現代計算機技術的發展，有限元分析技術越來越成熟，在工程上的應用日趨廣泛。在工程分析領域，利用有限元軟件，可以根據機械結構系統受到外力負載所出現的反應，例如應力、位移、溫度等，在已知結構受到外力負載后，能夠分析判斷是否符合設計要求。可通過實測或其他方法得到機械結構工作狀態下受力的變化數值，以載荷譜的形式進行有限元疲勞分析，得到疲勞壽命及動載荷下應力應變的變化，從而為結構的改進及優化提供更有效的數據。這種方法可縮短設計周期，節約大量的試驗和生產費用，降低研制成本，從而在技術上保證新產品的安全性、穩定性和可靠性，為企業帶來更大的經濟和社會效益。
對于結構的疲勞分析，應根據結構的重要性程度、載荷情況選用合適的分析計算方法。對機械結構中重要的疲勞強度計算和校核，應該按照最小應力保持不變進行疲勞強度計算，對于機械結構中一般性的疲勞強度計算和校核，應該按照應力幅進行疲勞強度計算，對不重要的疲勞強度計算和校核，應該按照應力比保持不變進行疲勞強度計算，對于承受非規律性的變應力的結構，應按照Ｍｉｎｅｒ法則進行疲勞計算。
用有限元法對交變載荷作用下結構疲勞壽命的計算可以利用有限元分析的應力結果，按照疲勞強度公式計算結構的疲勞強度，也可以直接在有限元軟件中進行結構疲勞計算。以鐵路機車的關鍵部件構架為例進行疲勞分析，其應用CAE軟件進行分析的基本步驟。
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