大部分人應該都有將鐵絲弄斷的經驗，回想一下當只有一根鐵絲，沒有其他工具下，我們是怎麼將鐵絲弄斷的呢？我們會將要取捨的長度處，彎折鐵絲做個記號，但彎折一次並不會讓鐵絲斷裂，而是需要反覆彎折鐵絲，在反覆彎折鐵絲的過程中，可以感受到需要的力量漸漸在變小，最後鐵絲就被凹斷了。為什麼在反覆彎折的情況下，可以將鐵絲弄斷呢？這是因為鐵絲因反覆彎折而使附近的材料變得脆弱，使得我們不用出太大的力量，最後也能成功將鐵絲折斷，這就是一種常見的疲勞破壞。

為了避免材料產生疲勞破壞，知道材料的疲勞壽命，以決定材料的使用年限，對工程而言就是一件很重要的事情了。尤其是產品結構若長期處於振動環境下，振動產生的循環應力就容易使材料發生疲勞破壞。然而，若真的要將每一個設計的產品都拿去做疲勞測試，則會花費大量的時間和金錢。利用 LS-DYNA，我們可以輸入材料的 S – N 曲線，以模擬產品的疲勞壽命，藉此了解產品的使用年限以及容易產生疲勞破壞的結構位置。

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什麼是 S – N 曲線？

介紹 S – N 曲線前，我們要先了解疲勞壽命的意義。美國材料和試驗協會定義疲勞壽命為某規定應力下，一材料試片破損所需應力循環數。因此若我們準備許多相同的材料試片，在每個試片給予不同大小的循環應力，如圖二，觀察各試片在該循環應力下的疲勞壽命，並將每個測試結果連成一條曲線，就可以決定如圖三的 S – N 曲線。其中縱軸表示循環應力的振幅值，橫軸表示應力週期數，即發生疲勞破壞時需要幾次的循環應力。藉由 S – N 曲線，我們可以知道材料在不同循環應力下的疲勞壽命為何。

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在 LS-DYNA 施加 S – N 曲線

同前所述，若要將每個設計的產品都實際去做疲勞測試，會花費大量時間和金錢。因此我們可以透過 LS-DYNA 施加各材料的疲勞曲線，讓軟體去判斷產品可以承受的疲勞壽命為何。利用 keyword *MAT_ADD_FATIGUE，我們可以將 S – N 曲線施加在指定的材料上，如圖四。其中 MID 指的是欲輸入 S - N 曲線的材料編號，LCID 是輸入 S – N 曲線，用 *DEFINE_CURVE 可定義 S – N 曲線。在 LS-DYNA 進行分析後，就可以得到疲勞壽命圖，如圖五，其中圖中越接近紅色的顏色代表疲勞壽命越短。

 

接下來我們將在後續的文章討論其他疲勞測試的小知識及如何在DYNA完成整個疲勞分析，敬請期待後續更新。