什么是机械疲劳损伤谱FDS，及如何实现随机振动疲劳分析

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                                                                                                                            作者：Jeff, Crystal Instruments (美国晶钻仪器公司)

什么是机械疲劳损伤谱FDS

疲劳损伤频谱(FDS)允许用户通过比较不同随机曲线，正弦扫频曲线或两者的组合而发现设备的潜在损害。

振动所引起的损伤可以发生在下列情况之一:

1.对物体的极度瞬时应力所造成的损伤。

2.当某一应力水平的高循环次数应用于该物体时，疲劳造成的损伤。

FDS表示一个物体的产生疲劳损伤的能量的频谱。

如何实现随机振动疲劳分析

FDS函数利用S-N曲线构建频谱分析图。S-N曲线表示对材料(S)施加的应力和应用应力(N)的循环次数。通过频谱分析图我们可以实现随机振动疲劳分析。

铝条的S-N曲线如下图所示:

FDS功能能够提供一种方法，通过计算最快的破坏或破坏路径来减少试验时间。根据FDS的计算，将随机或扫频正弦的能量集中到它将引起最疲劳损伤的地方，加速了测试时间。

简而言之，FDS让用户了解何种振动频谱会对对象造成更大的损害，并使用该信息和其他参数(比如峰态)来减少测试时间。

利用晶钻仪器Spider-80X多通道数据采集仪（或Spider-81振动台控制仪）采集数据，并通过EDM随机测试功能生成疲劳损伤谱，下图是20Hz-40Hz的4g峰值的正弦曲线的疲劳损伤谱:

以下是同一水平的随机频谱的疲劳损伤谱，其峰值和频率范围相同:

通过这些具体的测试，在较高的频率域内随机频谱造成的疲劳损伤大于正弦扫频曲线。然而，在低频范围内，疲劳损伤是相似的。

当然，结果取决于测试对象的特性(比如S-N曲线的斜率)和配置文件的水平和频率范围。

这将提供一种方法来比较和研究具有相对相同级别的目标谱是否适合于运行特定的测试。在许多测试中，目标是通过失效对象来估计对象的目标生命。通过进行FDS分析，可以显著降低扩展测试的时间(例如，进行40小时的测试取代400小时的测试)，以达到同样的目标，即试件失效。

对于一个昂贵而复杂的测试对象，如卫星，完全破坏是不需要的。因此，利用FDS分析，可以减小应力的持续时间和强度，以观察长期振动试验中可能出现的松动部分。

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原文链接:

https://www.crystalinstruments.com/blog/2015/9/16/using-fatigue-damage-spectrum-with-vibration-control

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美国晶钻仪器公司是一家测试仪器、数字信号处理技术的高科技公司，为全球范围内客户提供振动测试、信号分析和数据采集产品，代表产品有CoCo80X、Spider80X、Spider81、Spider20等，以便携式、易用性、安全性、高质量、高精度、高性能为特点。客户包括波音、NASA、欧洲航天局、美国福特、通用、IBM、思科、戴尔等上百家著名公司。

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