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疲劳与耐久性分析软件市场概述

疲劳和耐久性分析软件是一种用于模拟和评估材料、部件或结构的疲劳和耐久性的软件。它可以帮助工程师预测材料的疲劳寿命，从而优化设计，提高产品的可靠性和安全性。

产品零件在实际工作中总会受到不同的力的影响，常识告诉我们，即使零件处于安全应力下，也会随着时间的推移慢慢损坏。

疲劳失效:材料在往复和循环应力下远远低于正常强度，导致脆性裂纹逐渐扩大，最终导致断裂的倾向。任何结构和机械部件在周期性载荷作用下都无法避免失效。在设计过程中应尽早考虑结构和部件的失效。疲劳失效的机理和影响因素比较复杂。近年来，随着有限元分析的发展，结合疲劳机理分析的计算机仿真技术，为解决实际问题中的疲劳问题提供了一种经济有效的分析评价工具。

现有几乎所有有限元分析软件都有疲劳分析模块（Fatigue Analysis），比如Solidworks，NX，Ansys，Abaqus，Midas等等，有些公司甚至提供了专门的疲劳耐久性分析软件，可见耐久性分析的重要性。比如Solidworks的母公司，法国达索公司（Dassault）的Fe-safe软件就是专门分析产品的疲劳软件。

疲劳载荷

疲劳载荷可能是简单重复的，振幅是一定的，称为恒幅载荷，有规律性；而有时候却有可能完全是随机无规律的，振幅也会不断变化。

载荷周期的计数

现实情况中，应力或者应变往往是随机没有规律的，计算机分析不可能处理每一个随机的应力或者应变来计算疲劳寿命，这时候就需要有处理方法来获取合理的计算机易计算的载荷历史（应力载荷历史或者应变载荷历史），那么怎么处理无序的载荷历史记录呢？主要通过如下步骤：

1.峰谷缩减

在这个载荷历程中，有很多数据点，当我们把数据点的最大值和最小值用直线连起来形成峰谷时，波峰与波谷之间有很多偏离直线的点，但我们发现这些数据点非常接近直线，如果你依次把每个点都连接起来，直线就会变成锯齿状，但其实这些数据点对疲劳寿命影响很小，没有必要算进来，所以只保留波峰和波谷的数据点即可

2.周期计数

在疲劳寿命计算中，考虑的载荷最小范围是半周期或者全周期，所以，在获得合理的载荷历史后，我们需要对载荷历史进行计数，统计周期数或者半周期数，以及彼此的应力或者应变幅值。周期计数的主流方法是由Matsuishi和Endo提出的“雨流计数法”，之所以叫雨流计数法，是因为在统计周期数时像雨滴下落一样进行分析。

疲劳寿命曲线（S-N曲线）：

任何材料都有其基本材料属性，如屈服强度，极限强度，泊松比，杨氏模量等等。所以任何材料的的疲劳失效评估都要给予材料的基本属性。在评价材料的疲劳强度时，最重要的就是S-N曲线：物体承受一定振幅的反复载荷情况下，达到破坏失效时发生的应力振幅(Stress Amplitude, S)和对应的应力反复次数(Cycle to Failure, N)之间关系的曲线。

材料的疲劳性质是在实验室通过实物测试取得，根据实际情况调整应力，并记录达到破裂所需的施力周期次数（此种测试英文名为coupon testing）。最简单的测试方法为正弦周期张应力-压应力测试。每次测试产生一数据点，但往往相同应力下，同一批试片所测得周期数会有差异，所得离散的数据需统计分析，以绘制所需的S-N 曲线。

疲劳寿命准则：

材料的疲劳过程往往从初始裂纹和裂纹扩展直至断裂两个阶段，也就产生了评价不同状态的两种方法：应力-寿命法用于评估总的寿命；应变-寿命法用于评估初始裂纹的产生机理。

1.应力-寿命法（stress-life）

简称为S-N法。通常被称为总寿命法，因为其不区分裂纹产生阶段和增长阶段，而只考虑最终失效的状态。这种方法在一百多年前就已产生，是运用历史最长也是最早运用的疲劳分析方法。承受弹性应力且疲劳寿命相对长（循环周期大于10000次）的情况下使用此方法。

2.应变-寿命法（strain-life）

简称为E-N法（strain = epsilon = "e"),。通常用于评估裂纹初始阶段的变化，这种方法起步较晚，目前仍然有着较高的研究热度。在发生局部塑性变形且疲劳寿命相对短（循环周期小于10000次）的情况下使用应变-寿命法更好。对于有凹口的部件用应变-寿命法是最好的，因为凹口容易应力集中，非线性的塑形变形更容易发生。

疲劳和耐久性分析软件通常包括以下功能:

疲劳分析功能:可对结构进行疲劳分析，计算疲劳损伤和寿命，评价结构耐久性。

材料数据库:包含各种材料的疲劳性能数据，可用于疲劳分析和寿命预测。

载荷谱库:包含各种载荷谱数据，用于疲劳分析和寿命预测。

有限元分析功能:可以进行有限元分析，对结构进行离散求解，计算结构的应力和应变。

数据可视化功能:将分析结果以图表、图像等形式呈现给用户，供用户对结果进行分析评价。

全球主要厂商疲劳与耐久性分析软件总部及市场区域分布

图表：全球主要厂商疲劳与耐久性分析软件总部及市场区域分布

数据来源：智研瞻产业研究院整理

中国疲劳与耐久性分析软件销售额

统计数据显示，2018年中国疲劳与耐久性分析软件销售额3.89亿元，2022年中国疲劳与耐久性分析软件销售额9.12亿元。2018-2023年中国疲劳与耐久性分析软件销售额如下：

图表：2018-2023年中国疲劳与耐久性分析软件销售额

数据来源：智研瞻产业研究院整理

疲劳与耐久性分析软件行业政策分析

图表：疲劳与耐久性分析软件行业政策（一）

资料来源：智研瞻产业研究院整理

图表：疲劳与耐久性分析软件行业政策（二）

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图表：疲劳与耐久性分析软件行业政策（三）

资料来源：智研瞻产业研究院整理