图6-12 型腔板材料的疲劳极限曲线

在周期性交变载荷作用下，尽管构件承受的应力始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低，但构件仍可能发生破坏，这种情况下发生的构件破坏现象称为疲劳破坏。根据Basquin的建议，总的循环应力幅与疲劳寿命间的关系可用下面的公式表示

σ_a=σ′_f（2N_f）b（6-1）

式中，σ_a和σ′_f分别表示总应力幅（MPa）和强度系数（MPa）；2N_f表示应力反复次数；b表示强度指数。

对于大多数金属材料，疲劳强度系数σ′_f近似等于材料的真实断裂强度。对于该蒸汽加热快速热循环注塑模具，型腔板材料的屈服强度、最终断裂强度分别为1340MPa、1580MPa，伸长率、断面收缩率和强度指数分别为13%、65%和-0.085。图6-12所示为材料生产商提供的型腔板材料的疲劳极限曲线。

疲劳分析将依据无限寿命准则进行，无限寿命次数设定为1.0×10⁶。根据蒸汽加热快速热循环注塑模具的实际寿命设计要求，疲劳分析中的设计安全系数设定为1.5×10⁵。热结构分析获得的型腔板的应力应变场将作为疲劳分析的初始条件，疲劳载荷的类型定义为完全对称余弦载荷，比例因子为1.0，并采用Goodman理论对平均应力进行修正。(www.daowen.com)

图6-13 模拟预测的型腔板的疲劳寿命分布云图

图6-13所示为分析获得的型腔板的疲劳寿命分布云图。分析结果显示加热冷却管道壁周边区域产生了疲劳，最低疲劳寿命为138750件，疲劳裂纹产生的位置与应力集中的位置是一致的。在实际生产中，该液晶电视机面板蒸汽加热快速热循环注塑模具在生产了80000件产品后发生了疲劳破坏。模具的实际疲劳寿命低于分析预测的疲劳寿命，其原因是在疲劳分析时未考虑高温蒸汽和冷却水对加热冷却管道的腐蚀作用，腐蚀能够显著加快蒸汽加热快速热循环注塑模具的疲劳破坏。

图6-14所示为给定寿命下的型腔板安全系数分布云图。安全系数较低的区域为安全设计的关键区域。从图中可以看出，加热冷却管道周边区域的安全系数相对降低，这意味着在进行蒸汽加热快速热循环注塑模具设计过程中应当特别注意加热冷却管道的结构和布局设计，以提高相关区域的安全系数和疲劳寿命。

图6-14 给定寿命下的型腔板安全系数分布云图