破坏就是塑性变形累积的结果。汽车零件在设计时，出于安全考虑，一般其设计名义应力都大大小于材料的屈服极限，其使用寿命也要求较长，因此汽车零部件的疲劳属于高周疲劳。
2.3疲劳分析方法
疲劳分析的主要目的是防止结构发生疲劳破坏，也就是要对结构进行疲劳设计。疲劳分析方法是用来处理动应力及由此而产生的破坏方式的基本方法。对汽车零部件合理的疲劳设计，是汽车设计的一个重要环节和提高产品质量的重要保证。目前国内外采用的疲劳分析方法有静强度设计方法、无限寿命设计方法、安全寿命设计方法、破损－安全设计方法和损伤容限设计方法等。
2.3.1静强度设计方法
早期人们对于一切结构件，不管它是受静载荷作用还是受动载荷作用，都统统用静强度设计方法进行设计。静强度方法实际上就是一次最大载荷方法，在这种设计思想中，构件的安全是用安全系数来保证的：
安全系数=
静强度≥1.5 (2.7)
限制载荷这种设计方法历史悠久，迄今还是结构设计中的主要准则之一。如果遇到反复作用的疲劳载荷，就采用提高安全系数的办法来保证结构的安全使用。
2.3.2无限寿命设计方法
早期评定材料疲劳特性的方法，是在一定的外加交变应力S下，测定光滑试样或缺口试样的破坏循环次数N,从而得到在一定应力比R下的S—N曲线。一般来说，黑色金属的S—N曲线都有一条水平渐近线，转折点大致在106?107次循环之间。通常认为，只要经过106?107次循环不发生破坏，它就可以承受无限次循环，与此水平渐近线相对应的应力称为疲劳极限。无限寿命设计方法通常就是依据这种方法得到的S
—N曲线进行设计的，它把结构的许用应力设计在疲劳极限以下。对于等幅应力循环，此方法要求结构的应力小于等于材料或构件的等幅疲劳极限Se。对于抓斗卸船机这种承受变幅循环应力的结构，则要求最大应力不超过材料或构件的疲劳极限Se。用这种方法设计出来的结构将会过于笨重，不适应现代设计的要求。
2.3.3安全寿命设计方法
安全寿命设计方法也是依据实验中得到的S—N曲线来进行设计的，它是从无限寿命设计方法发展起来的。这种安全寿命设计方法的初期观点是保证所设计的结构，在规定安全寿命期间不出现疲劳裂纹。现在的观点则是保证承力结构在不进行检查和维修的条件下，在规定的安全期间，因疲劳破坏的可能性极小。由于安全寿命的应力一般高于材料或构件的疲劳极限，所以不能通过验算最大应力不超过等幅疲劳极限来达到目的，而需要按Miner的线性累积损失准则估算总疲劳损伤。其具体方法为： 1）得到设计规定期间用于疲劳计算的载荷谱； 2）计算构件各位置的应力历程；
3）利用雨流法将应力历程整理为不同应力幅的Sai和Sai相应的循环次数ni； 4）由S—N曲线得到应力幅?ai对应的使用极限ni； 5）利用线性累积损伤准则计算总损伤D：
D=∑
ni (2.8) Ni6）计算安全寿命Ts?TL足要求；
D，式中TL为设计寿命，若TSpTL，也就是Df1，则不满
7）这种设计方法有两个前提条件，即载荷谱已知和材料或构件的S—N曲线已知；由于得到的结构载荷历程并不能完全模拟实际受载情况，求得的材料或构件的S—N曲线存在一定的离散性，一般计算安全寿命时还需像静强度方法一样引入安全系数，只不过这种设计方法的安全系数是用分散系数代替的。所以安全寿命定义为：
安全寿命=
总寿命 (2.9)根据
分散系数经验，分散系数一般取2～4。
安全寿命设计方法的安全可靠性是用分散系数来保证的。分散系数可以确保结构在规定的寿命期不发生疲劳破坏。该方法设计的依据是材料或者结构的疲劳曲线，设计的重点是保证疲劳裂纹形成阶段的寿命。一切提高裂纹形成寿命的方法，也就是提高疲劳抗力的方法，都要尽量在安全寿命设计中加以采用。目前国内外大多数都采用该方法来进行疲劳设计。
2.3.4破损-安全设计方法
一个完全抗疲劳的结构，或者能够防止来自任何损伤的结构，在经济上不见得是可行的，于是就产生了破损－安全设计方法，其实质是，结构在规定的使用年限中，允许产生疲劳裂纹，并允许疲劳裂纹扩展，但其剩余强度应大于限制载荷，并通过定期检查及修理办法等，修复结构，延长其使用寿命。检修周期一般规定为
检修周期≤
应用这种方法的前提是：
1）裂纹起始于或者贴近结构的表面； 2）潜在起裂处的设计寿命内损伤D大于1； 3）有可行的检测和修复方法；
4）运营养护时，对检修位置和检修周期必须明确指明，并且必须考虑发生一次漏检的情况。
剩余寿命 (2.10)
分散系数2.3.5损伤容限设计方法
损伤容限方法是在破损－安全寿命设计方法上发展起来的，该方法与破损－安全寿命设计方法的主要区别是它允许结构有一定的初始损伤，只是要求在裂纹扩展寿命中不扩展到导致疲劳破坏的临界裂纹尺寸。该方法也是依靠经常的检查来保证结构的
安全，并要求作到：
检修周期≤
剩余寿命 (2.11)
分散系数其使用前提也和破损－安全寿命设计方法相同。
综合分析以上五种分析方法，对于汽车而言，在制造或者安装时，或许会受到一些意外的损伤，这在现实当中是不可能完全避免的，但这也容易测量和估计，因为这些损伤是属于偶然因素引起的，所以在设计汽车零部件时，用引入了安全系数的安全寿命设计方法是比较符合车辆行驶的实际情况的。
2.4 S-N曲线
各种材料对变应力的抵抗能力，是以在一定循环作用次数N下，不产生破坏的最大应力?N来表示的。也称为条件疲劳极限。?N称为一定循环作用次数N的极限应力，对于一种材料，根据实验，可得出在各种循环作用次数N下的极限应力，以横坐标为作用次数N、纵坐标为极限应力，绘成如图1所示曲线，则称为材料的疲劳曲线，或称S-N曲线。从图中可以看出，应力愈高，则产生疲劳破坏的循环次数越少。交变应力低于某一数值时，则材料不再产生疲劳破坏，此时的应力称为材料的疲劳极限。
图2.3 疲劳（S-N）曲线
3 随机疲劳载荷谱
3.1载荷谱概述
疲劳破坏是机械构件中常见的现象,据统计机械中约有80%的零部件损坏于疲劳破坏, 因此对构件可靠性及使用寿命的研究就至关重要。
在交变应力工作一下的构件,其破环形式与静载荷作用下截然不同。在交变应力下,构件内的最大应力虽低于材料的屈伏极限,但经长期交变应力作用之后,虽然是塑性较好的材料, 断裂前没有明显的塑性变形,也会出现突然断裂。
目前对疲劳破坏原因的分析是,由于构件外部形状尺寸的突变及材料不均匀等原因,使构件某些局部的应力特别高,在长期交变应力作用下,应力高的点或材料有缺陷的点逐渐形成了非常细微的裂纹——疲劳源,裂纹尖端处严重应力集中,促使裂纹逐渐扩展,当裂纹扩展到一定程度,在偶然的超载冲击下,构件就会发生突然脆性断裂。如果材料经受的重复应力值低于某特定值不再发生破环,便将该特定值称为持久极限。近代的运输机械、农机和通用机械等它们所承受的载荷多是随机性的。各种机械零部件在随机载荷作用下的疲劳强度问题,在国内外已引起广泛的重视。近年来,在航空、汽车、农机、铁道等行业已作了大量的研究工作。随机载荷作用下的疲劳强度计算,不同于常幅下的疲劳强度计算。要作一个零部件疲劳寿命的估算,必须具备疲劳载荷谱（幅值累积频次图）和材料S-N曲线（材料的疲劳曲线）。
所谓载荷谱是客观反映零部件或构件在各种工况下承受载荷（或应力）与它出 现的累积频次关系图,随机疲劳载荷谱表示随机载荷的统计特性。载荷谱不仅是 疲劳强度计算的依据,也是模拟试验加载的依据。
载荷谱与载荷——时间历程以 下简称时间历程有关,例如从图3.1时间历程中可看出，有一部分幅值在持久极限A以内，有一部分超过了持久极限。