一、什么是 S-N 曲线？

应力-生命周期曲线，简称 S-N 曲线，是疲劳分析的理论基础。

通过对各个测试样本应用不同级别的周期性应力并测量失效的周期数，可确定材料的疲劳强度。疲劳数据点的图示为：

疲劳强度定义为：在指定周期数后导致疲劳失效的应力值。

二、忍耐极限与无限寿命

曲线的近水平部分定义了测试材料的疲劳极限或忍耐极限。

• ✅ 如果应用的应力振幅 低于 材料的忍耐极限，则认为样本具有 无限寿命。

• ⚠️ 但需要注意的是：许多非铁性金属和合金（如铝、镁和铜合金）没有确切的忍耐极限，其 S-N 曲线在低应力部分不会收敛于水平线，而是呈现持续下降趋势。

三、应力比率 R 值

材料的 S-N 曲线定义了周期性应力振幅（或交叠应力） 与指定应力比率 R 下失效所需的周期数之间的关系。应力比率 R 定义为最小周期性应力与最大周期性应力的比值。

R=最小周期应力最

四、平均应力对疲劳的影响

试验结果显示，平均应力对材料的疲劳忍耐度具有很大影响。

在软件中，您可以为材料定义多条 S-N 曲线（最多 10 条），每条曲线对应不同的应力比率 R。软件会通过线性插值提取给定应力比率下的载荷数据。

五、S-N 曲线的生成与工程应用

S-N 曲线以平均疲劳寿命或给定的失效概率为基础。生成一条可靠的 S-N 曲线，需要多次测试以在统计上区分：

• 交替应力

• 平均应力（或应力比率）

• 失效的周期数

在控制的负载环境下执行测试以生成 S-N 曲线。在大多数情况下，S-N 曲线来自完全可逆应力周期下的单轴载荷测试。但实际载荷环境通常为多轴状态，因此可能需要降低疲劳强度。

软件在疲劳对话框中提供了 「疲劳强度缩减因子」 ，用于考虑这一差异——请根据实际工况合理设置。

S-N 曲线是疲劳仿真的基石。理解 R 值的物理含义、平均应力的影响机制以及曲线的局限性，是准确评估产品疲劳寿命的前提。

希望这篇文章能帮你把 S-N 曲线的概念理清楚。如果觉得有用，点赞或分享给更多做疲劳仿真的工程师朋友～

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📌 本文适用于 SOLIDWORKS Simulation 疲劳分析模块，内容基于材料力学与疲劳理论。