Усталостная прочность определяется путем применения к отдельным испытательным образцам разных уровней циклического напряжения и измерения количества циклов для разрушения. Графическим представлением точек данных усталости является соотношение амплитуды циклического (или переменного) напряжения (S — вертикальная ось) и количества циклов для разрушения (N — горизонтальная ось). Усталостная прочность определяется как напряжение, при котором усталостное разрушение происходит при заданном количестве циклов. Ниже показана типичная кривая S-N.
Как правило, вместо N используется логарифм N с основанием 10 вследствие обычно больших значений в диапазоне N. В SOLIDWORKS Simulation можно выбрать одну из трех схем интерполяции, чтобы найти промежуточные точки данных на кривой S-N: Двойная логарифмическая, Полулогарифмическая и Линейная. Примеры схем интерполяции SN см. в разделе Справка SOLIDWORKS Simulation: Пример - Схемы интерполяции кривой SN.
Образцы испытываются при уменьшающихся уровнях нагрузки до тех пор, пока разрушение не исчезает в пределах выбранного максимального количества циклов (обычно 10 млн. циклов). Близкий к горизонтальному участок кривой определяет усталость, т. е. задает предел усталости тестируемого материала. Если амплитуда примененного напряжения ниже предела усталости материала, считается, что образец имеет неограниченный срок службы. Однако для многих металлов и сплавов, не содержащих железа, например для алюминиевых, магниевых и медных сплавов, не будет определенного предела усталости и часть кривой для низкого напряжения не будет стремиться к горизонтальной линии. Для этих материалов наблюдается постоянно убывающая кривая S-N.
Кривая S-N для материала определяет соотношение амплитуды циклического напряжения (или переменного напряжения) и количества циклов, необходимых для разрушения при заданном коэффициенте напряжения R. Коэффициент напряжения R определяется как отношение минимального циклического напряжения к максимальному. Для полностью реверсивной нагрузки R = -1. Если нагрузка применяется и снимается (не реверсивная), R=0.
Результаты экспериментов показали, что среднее напряжение оказывает значительное влияние на сопротивление образца усталости. Для любого материала можно задать несколько кривых S-N (до десяти), каждая из которых будет относиться к разным коэффициентам напряжения R. Затем программа использует линейную интерполяцию кривых S-N, чтобы извлечь данные для заданного коэффициента напряжения.
Когда для определения свойств усталости материала используется одна S-N кривая с коэффициентом напряжения -1 (полностью реверсивное или нулевое среднее напряжение), можно выбрать метод коррекции (Гудмена, Гербера или Содерберга), чтобы учесть влияние ненулевых средних напряжений.
Кривые S-N базируются на средней усталостной долговечности или данной вероятности разрушения. Создание S-N кривой для материала требует целого ряда испытаний со статистически изменяемым знакопеременным напряжением, средним напряжением (или коэффициентом напряжения) и подсчетом количества циклов.
Испытания для получения кривых S-N выполнены в среде управляемой нагрузки. В большинстве случаев кривые S-N получаются из неосевой нагрузки для полностью реверсивных циклов напряжения. Так как реальная схема нагружения обычно является многоосевой, может потребоваться снизить усталостную прочность. В программном обеспечении предусмотрен Коэффициент уменьшения усталостной прочности в диалоговом окне Усталость, чтобы учесть настоящее несоответствие.