絕大多數(shù)風電齒輪箱的零部件都工作在循環(huán)變化的載荷下，這導致疲勞破壞成為風電齒輪箱零部件的主要破壞形式。一般而言，零件發(fā)生疲勞破壞時，應力水平遠遠小于材料本身的屈服應力和強度極限。零件的疲勞破壞往往突然發(fā)生，導致災難性事故。因而疲勞破壞和疲勞分析方法引起風電行業(yè)的高度重視。

什么是金屬疲勞？

疲勞是一種機械損傷過程，在這一過程中即使名義應力低于材料的屈服強度，載荷的反復變化也將引起失效。疲勞一般包含裂紋萌生和隨后的裂紋擴展兩個過程，循環(huán)塑性變形是金屬產(chǎn)生疲勞的主要原因。

根據(jù)不同的疲勞破壞形式，有著不同的疲勞分析方法，常用的有以下三種：

名義應力法

名義應力法認為兩個不同形狀的零件只要滿足以下條件則他們的疲勞壽命相同。

1、零件的材料相同。

2、零件的載荷譜相同。

3、零件最危險部位的應力集中系數(shù)相同，

使用名義應力法進行疲勞壽命計算時，首先需要根據(jù)載荷譜確定零件危險部位的應力譜；而后采用材料的S-N曲線，經(jīng)過計算結構危險部位的應力集中系數(shù)，結合材料的疲勞極限圖，通過插值將材料的S-N曲線轉換為零件的S-N曲線；最后根據(jù)由載荷譜確定的應力譜根據(jù)Miner線性損傷累積規(guī)則計算零件的壽命。

名義應力法主要用于對彈性變形居主導地位的高周疲勞壽命計算。由于名義應力法沒有考慮危險部位局部塑性變形和不同載荷順序?qū)ζ趬勖挠绊?，因而無法適用與塑性變形居主導地位的低周疲勞情況。

局部應力應變法

局部應力應變在計算疲勞壽命時基本假設如下：如果不同結構形式的零件材料相同，且最危險部位應變變化過程相同，則兩零件具有相同的疲勞壽命。

使用局部應力應變法進行疲勞壽命計算時，首先確定零件的危險部位，并根據(jù)載荷譜和材料的循環(huán)應力-應變曲線計算零件危險部位的應變過程；根據(jù)材料的應變過程-壽命曲線確定載荷譜中各級載荷造成的損傷；最后根據(jù)損傷累計規(guī)則計算零件的壽命。

局部應力應變法主要用于對塑性變形居主導地位的低周疲勞壽命進行計算。但是局部應力應變法在對彈性變形為主的疲勞失效進行壽命計算時，往往會有很大誤差。

損傷容限法

損傷容限法以斷裂力學為基礎，假設零件中存在初始裂紋；該方法將初始裂紋長度擴展至臨界裂紋長度所需的時間作為零件的疲勞壽命。常用的裂紋擴展速度公式有帕里斯公式和佛曼公式。

采用損傷容限法進行疲勞壽命計算時，首先根據(jù)材料的斷裂韌度確定材料的臨界裂紋長度；而后通過無損傷檢測等方法確定零件中裂紋的初始長度。再根據(jù)裂紋擴展速度公式確定載荷譜中各級載荷造成的裂紋擴展速度確定在載荷作用下零件的疲勞壽命。

由于疲勞現(xiàn)象本身的復雜性，也有很多學者在大量實驗的基礎上提出了其它的疲勞分析方法，如能量法和應力場強法等。

安維士聯(lián)合中國船級社、南高齒以及業(yè)主單位、主機廠、齒輪箱廠等，依據(jù)多年的齒輪箱后市場維修經(jīng)驗，編制了齒輪箱檢修技術規(guī)范并依據(jù)執(zhí)行。