【正文】 ，是20世紀(jì)20年代開始的。60年代后期 ，概率疲勞分析和設(shè)計從電子產(chǎn)品發(fā)展到機械產(chǎn)品，于是在航空、航天工業(yè)的先導(dǎo)下 ，開始了概率統(tǒng)計理論在疲勞設(shè)計中的應(yīng)用。循環(huán)應(yīng)力 在工程上引起的疲勞破壞的應(yīng)力或應(yīng)變有時呈周期性變化，有時是隨機的。在疲勞試驗中人們常常把它們簡化成等幅應(yīng)力循環(huán)的波形 ，并用一些參數(shù)來描述 。圖1中 σmax 和 σmin 是循 環(huán)應(yīng)力的最 大和最小 代 數(shù) 值 ；γ =σmin/σmax是應(yīng)力比；σm=（σmax+σmin）/2是平均應(yīng)力；σa=（σmax－σmin） 是應(yīng)力幅 。當(dāng) σm=0時 ，σmax與σmin的絕對值相等而符號相反，γ=－1，稱為對稱循環(huán)應(yīng)力；當(dāng)σmin=0時，γ=0稱為脈動循環(huán)應(yīng)力。曲線SN曲線中的S為應(yīng)力（或應(yīng)變）水平，N為疲勞壽命。SN曲線是由試驗測定的 ，試樣采用標(biāo)準(zhǔn)試樣或?qū)嶋H零件、構(gòu)件，在給定應(yīng)力比γ的前提下進(jìn)行，根據(jù)不同應(yīng)力水平的試驗結(jié)果 ，以最大應(yīng)力σmax或應(yīng)力幅σa為縱坐標(biāo)，疲勞壽命N為橫坐標(biāo)繪制SN曲線（圖2） 。當(dāng)循環(huán)應(yīng)力中的σmax小于某一極限值時，試樣可經(jīng)受無限次應(yīng)力循環(huán)而不產(chǎn)生疲勞破壞，該極限應(yīng)力值就稱為疲勞極限，圖2中SN曲線水平線段對應(yīng)的縱坐標(biāo)就是疲勞極限。而左邊斜線段上每一點的縱坐標(biāo)為某一壽命下對應(yīng)的應(yīng)力極限值，稱為條件疲勞極限。疲勞特征 零件 、構(gòu)件的疲勞破壞可分為3個階段 ：①微觀裂紋階段。在循環(huán)加載下，由于物體的最高應(yīng)力通常產(chǎn)生于表面或近表面區(qū)，該區(qū)存在的駐留滑移帶、晶界和夾雜，發(fā)展成為嚴(yán)重的應(yīng)力集中點并首先形成微觀裂紋。此后，裂紋沿著與主應(yīng)力約成45176。角的最大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展，發(fā)展成為宏觀裂紋。②宏觀裂紋擴(kuò)展階段。裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展。③瞬時斷裂階段。當(dāng)裂紋擴(kuò)大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時，物體就會在某一次加載下突然斷裂。對應(yīng)于疲勞破壞的3個階段 ，在疲勞宏觀斷口上出現(xiàn)有疲勞源 、疲勞裂紋擴(kuò)展和瞬時斷裂3個區(qū)（圖3）。疲勞源區(qū)通常面積很小，色澤光亮，是兩個斷裂面對磨造成的；疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)通常比較平整，具有表征間隙加載、應(yīng)力較大改變或裂紋擴(kuò)展受阻等使裂紋擴(kuò)展前沿相繼位置的休止線或海灘花樣；瞬斷區(qū)則具有靜載斷口的形貌，表面呈現(xiàn)較粗糙的顆粒狀。掃描和透射電子顯微術(shù)揭示了疲勞斷口的微觀特征，可觀察到擴(kuò)展區(qū)中每一應(yīng)力循環(huán)所遺留的疲勞輝紋。疲勞壽命 在循環(huán)加載下 ，產(chǎn)生疲勞破壞所需應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù)。對零件、構(gòu)件出現(xiàn)工程裂紋以前的疲勞壽命稱為裂紋形成壽命。工程裂紋指宏觀可見的或可檢的裂紋 ，其長度無統(tǒng)一規(guī)定 ，～ 。自工程裂紋擴(kuò)展至完全斷裂的疲勞壽命稱為裂紋擴(kuò)展壽命?？倝勖鼮閮烧咧?。因工程裂紋長度遠(yuǎn)大于金屬晶粒尺寸，故可將裂紋作為物體邊界，并將其周圍材料視作均勻連續(xù)介質(zhì)，應(yīng)用斷裂力學(xué)方法研究裂紋擴(kuò)展規(guī)律 。由于SN曲線是根據(jù)疲勞試驗直到試樣斷裂得出的 ，所以對應(yīng)于SN曲線上某一應(yīng)力水平的疲勞壽命N是總壽命 。在疲勞的整個過程中 ，塑性應(yīng)變與彈性應(yīng)變同時存在 。當(dāng)循環(huán)加載的應(yīng)力水平較低時 ，彈性應(yīng)變起主導(dǎo)作用；當(dāng)應(yīng)力水平逐漸提高，塑性應(yīng)變達(dá)到一定數(shù)值時，塑性應(yīng)變成為疲勞破壞的主導(dǎo)因素。為便于分析研究，常按破壞循環(huán)次數(shù)的高低將疲勞分為兩類：①高循環(huán)疲勞（高周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較低 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于104～105的疲勞 ，彈簧、傳動軸等的疲勞屬此類。②低循環(huán)疲勞（低周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于104～105的疲勞，如壓力容器、燃?xì)廨啓C零件等的疲勞。實踐表明，疲勞壽命分散性較大，因此必須進(jìn)行統(tǒng)計分析，考慮存活率（即可靠度）的問題 。具有存活率p（如95%、99%、%）的疲勞壽命Np的含義是 ：母體（總體）中有p的個體的疲勞壽命大于Np。而破壞概率等于（ 1－ p ） 。常規(guī)疲勞試驗得到的SN曲線是p=50%的曲線 。對應(yīng)于各存活率的p的SN曲線稱為pSN曲線。環(huán)境影響 某些零件 、構(gòu)件是在高于或低于室溫下工作，或在腐蝕介質(zhì)中工作，或受載方式不是拉壓和彎曲而是接觸滾動等，這些不同的環(huán)境因素可使零件、構(gòu)件產(chǎn)生不同的疲勞破壞。最常見的有接觸疲勞、高溫疲勞、熱疲勞和腐蝕疲勞。此外，還有微動磨損疲勞和聲疲勞等。①接觸疲勞。零件在高接觸壓應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生的疲勞。經(jīng)多次應(yīng)力循環(huán)后，零件的工作表面局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊金屬剝落，形成麻點或凹坑。接觸疲勞使零件工作時噪聲增加、振幅增大、溫度升高、磨損加劇，最后導(dǎo)致零件不能正常工作而失效 。在滾動軸承、齒輪等零件中常發(fā)生這種現(xiàn)象。②高溫疲勞 。在高溫環(huán)境下承受循環(huán)應(yīng)力時所產(chǎn)生的疲勞。高溫是指大于熔點1/2以上的溫度，此時晶界弱化，有時晶界上產(chǎn)生蠕變空位，因此在考慮疲勞的同時必須考慮高溫蠕變的影響。高溫下金屬的SN曲線沒有水平部分 ，一般用 107～108次循環(huán)下不出現(xiàn)斷裂的最大應(yīng)力作為高溫疲勞極限；載荷頻率對高溫疲勞極限有明顯影響，當(dāng)頻率降低時，高溫疲勞極限明顯下降。③熱疲勞。由溫度變化引起的熱應(yīng)力循環(huán)作用而產(chǎn)生的疲勞。如渦輪機轉(zhuǎn)子、熱軋軋輥和熱鍛模等，常由于熱應(yīng)力的循環(huán)變化而產(chǎn)生熱疲勞。④腐蝕疲勞。在腐蝕介質(zhì)中承受循環(huán)應(yīng)力時所產(chǎn)生的疲勞。如船用螺旋槳、渦輪機葉片 、水輪機轉(zhuǎn)輪等，常產(chǎn)生腐蝕疲勞。腐蝕介質(zhì)在疲勞過程中能促進(jìn)裂紋的形成和加快裂紋的擴(kuò)展。其特點有 ：SN曲線無水平段；加載頻率對腐蝕疲勞的影響很大；金屬的腐蝕疲勞強度主要是由腐蝕環(huán)境的特性而定；斷口表面變色等。發(fā)展趨勢 飛機、船舶、汽車、動力機械、工程機械 、冶金、石油等機械以及鐵路橋梁等的主要零件和構(gòu)件，大多在循環(huán)變化的載荷下工作，疲勞是其主要的失效形式。因此，疲勞理論和疲勞試驗對于設(shè)計各類承受循環(huán)載荷的機械和結(jié)構(gòu)，成為重要的研究內(nèi)容。疲勞有限壽命設(shè)計中進(jìn)行壽命估算，必須了解材料的疲勞性能，以此作為理論計算的依據(jù) 。由于疲勞壽命的長短取決于所承受的循環(huán)載荷大小，為此還必須編制出供理論分析和全尺寸疲勞試驗用的載荷譜，再根據(jù)與各種疲勞相適應(yīng)的損傷模型估算出疲勞壽命。疲勞理論的工程應(yīng)用，經(jīng)歷了從無限壽命設(shè)計到有限壽命設(shè)計，有限壽命設(shè)計尚處于完善階段。發(fā)展趨勢是：①宏觀與微觀結(jié)合，探討從位錯、滑移、微裂紋、短裂紋、長裂紋到斷裂的疲勞全過程 ，尋求壽命估算各階段統(tǒng)一的物理力學(xué)模型 。②研究不同環(huán)境下的疲勞及其壽命估算方法。③概率統(tǒng)計方法在疲勞中的應(yīng)用，如隨機載荷下的可靠性分析方法，以及耐久性設(shè)計等。疲勞，材料承受交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變時所引起的局部結(jié)構(gòu)變化和內(nèi)部缺陷發(fā)展的過程。它使材料的力學(xué)性能下降并最終導(dǎo)致龜裂或完全斷裂。；在動態(tài)作用下，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件動力狀態(tài)反應(yīng)為依據(jù)的設(shè)計。有時可采用動力系數(shù)方法簡化為靜態(tài)設(shè)計。；無網(wǎng)格法（Meshless method）無網(wǎng)格方法（Meshless method）是在數(shù)值計算中不需要生成網(wǎng)格，而是按照一些任意分布的坐標(biāo)點構(gòu)造插值函數(shù)離散控制方程，就可方便地模擬各種復(fù)雜形狀的流場。該法大致可分成兩類：一類是以Lagrange方法為基礎(chǔ)的粒子法（Particle method），如光滑粒子流體動力學(xué)（Smoothed particle hydrodynamics，簡稱SPH）法，和在其基礎(chǔ)上發(fā)展的運動粒子半隱式（Moving－particle semi－implicit，簡稱MPS）法等；另一類是以Euler方法為基礎(chǔ)的無格子法（Gridless methods），如無格子Euler/N—S算法（Gridless Euler/NavierStokes solution algorithm）和無單元Galerkin法（Element free Galerkin，簡稱EFG）等。無網(wǎng)格方法可以方便地利用坐標(biāo)點計算模擬復(fù)雜形狀流場計算，但不足之處是在高雷諾數(shù)流動時提高數(shù)值計算精度較困難。無網(wǎng)格方法中比較常見的還有徑向基函數(shù)方法（Radious Basis Function），主要使用某徑向基函數(shù)（如（MQ）f(r)=r^5）的組合，來逼近原函數(shù)。吳忠敏院士在這方面有比較突出的工作。以上方法中，無網(wǎng)格伽遼金法成為目前影響最大，應(yīng)用最廣的無網(wǎng)格計算方法，現(xiàn)有的 LSdyna、Abaqus、Radioss等商業(yè)軟件都加入了該方法的計算模塊。；；創(chuàng)新設(shè)計是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科技成果進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計出具有科學(xué)性、創(chuàng)造性、新穎性及實用成果性的一種實踐活動。1形成創(chuàng)新理念與設(shè)計實踐的結(jié)合。發(fā)揮創(chuàng)造性的思維，將科學(xué)、技術(shù)、文化、藝術(shù)、社會、經(jīng)濟(jì)融匯在設(shè)計之中，設(shè)計出具有新穎性、創(chuàng)造性和實用性的新產(chǎn)品。創(chuàng)新設(shè)計可以從以下幾個側(cè)重點出發(fā)：從用戶需求出發(fā)，以人為本，滿足用戶的需求。從挖掘產(chǎn)品功能出發(fā)，賦予老產(chǎn)品以新的功能、新的用途。從成本設(shè)計理念出發(fā)，采用新材料、新方法、新技術(shù)，降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品競爭力。隨著信息通訊技術(shù)的發(fā)展，知識社會環(huán)境的變化，以用戶為中心的、用戶參與的創(chuàng)新設(shè)計。2本質(zhì)創(chuàng)新是設(shè)計本質(zhì)的要求，也是時代的要求。作為“為傳達(dá)而設(shè)計”的視覺傳達(dá)設(shè)計，如何正確充分地傳達(dá)信息是每一個設(shè)計者始終要面臨的中心問題。但是，在當(dāng)今社會，僅僅把傳達(dá)信息的關(guān)鍵詞定位于正確和充分顯然是不夠的。必須要把視覺傳達(dá)設(shè)計的創(chuàng)新重視起來，從設(shè)計理念、視覺語言和技術(shù)表現(xiàn)方式的創(chuàng)新入手，正確充分地傳達(dá)信息。3層次隨著人類社會從工業(yè)化社會到信息化社會的發(fā)展，視覺傳達(dá)設(shè)計經(jīng)歷了商業(yè)美術(shù)、工藝美術(shù)、印刷美術(shù)設(shè)計、裝潢設(shè)計、平面設(shè)計等幾大階段的演變，最終成為以視覺媒介為載體，利用視覺符號表現(xiàn)并傳達(dá)信息的設(shè)計。 “創(chuàng)新”一詞對于我們來說并不陌生。江澤民同志曾經(jīng)說過，“創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力”。創(chuàng)新表現(xiàn)在人類社會歷史發(fā)展的每一個方面。就設(shè)計界來說，創(chuàng)新同樣也是設(shè)計的靈魂，是設(shè)計的本質(zhì)要求。不論是縱觀歷史，還是著眼現(xiàn)實，一幅優(yōu)秀的視覺傳達(dá)設(shè)計作品，都是在創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，對其所表現(xiàn)設(shè)計主題的信息進(jìn)行正確、充分地傳達(dá)。在當(dāng)代社會，大量低俗、模仿、毫無新意的設(shè)計充斥并污染著我們的視野。該是大力宣揚“設(shè)計創(chuàng)新”的時候了，因為這個時代比以往任何時期都更需要清晰而獨創(chuàng)的視覺傳達(dá)設(shè)計。那么，視覺傳達(dá)設(shè)計的創(chuàng)新究竟體現(xiàn)在哪些方面？在筆者看來，視覺傳達(dá)設(shè)計的創(chuàng)新包含以下三個層次。一、視覺傳達(dá)設(shè)計的創(chuàng)新是對設(shè)計理念的創(chuàng)新首先，視覺傳達(dá)設(shè)計的創(chuàng)新是對設(shè)計理念和思維的創(chuàng)新。簡言之，就是對過去的設(shè)計經(jīng)驗和知識的創(chuàng)新[1]。創(chuàng)新根據(jù)性質(zhì)、程度的不同可以理解為繼承傳統(tǒng)式的創(chuàng)新和激進(jìn)式的創(chuàng)新，后者發(fā)展到一定程度上甚至成為一種否定和反叛，尤其是對于長期以來自我潛意識所形成的一種固定思維框架的否定和反叛。用馬克思主義哲學(xué)觀來看，創(chuàng)新就是事物螺旋式上升的運動。二、視覺傳達(dá)設(shè)計的創(chuàng)新是對視覺語言的創(chuàng)新從某種意義上講，視覺傳達(dá)設(shè)計就是“圖形語言化”和“語言化圖形”的過程。為了達(dá)到信息傳達(dá)的目標(biāo)，設(shè)計師需要始終不渝地尋找、挖掘并創(chuàng)造出最佳的視覺語言，借以表現(xiàn)傳達(dá)自我的設(shè)計理念和藝術(shù)主張。19世紀(jì)和20世紀(jì)的許多藝術(shù)和設(shè)計運動都是以探索視覺語言新形式為基本目標(biāo)的，一種新的形式往往就是由反傳統(tǒng)的藝術(shù)通過反對過去時代的藝術(shù)而創(chuàng)生的，“工藝美術(shù)運動”、“新藝術(shù)”、“現(xiàn)代主義”、“波普設(shè)計”和“后現(xiàn)代主義”等流派的設(shè)計運動在形式方面的試驗與革命，以及為尋找并獲得體現(xiàn)時代特征的形式和視覺語言而進(jìn)行的探索都說明了這一點[2]。三、視覺傳達(dá)設(shè)計的創(chuàng)新是對技術(shù)表現(xiàn)方式的創(chuàng)新科學(xué)技術(shù)在人類歷史發(fā)展中的作用是不言而喻的，它所提供的思維方式、理論模式、試驗成果、先進(jìn)機器工具等都為設(shè)計提供了強有力的精神和物質(zhì)基礎(chǔ)。從某種角度上看，設(shè)計就是設(shè)計者依靠對其有用的、現(xiàn)實的材料和工具，在意識與想象的深刻作用下，受惠于當(dāng)時的技術(shù)文明而進(jìn)行的創(chuàng)造。隨著技法、材料、工具等的變化，技術(shù)對于設(shè)計的創(chuàng)新產(chǎn)生著直接的影響。就視覺傳達(dá)設(shè)計創(chuàng)新的這三個層次而言，它們具有辯證統(tǒng)一、不可分割的整體關(guān)系。設(shè)計理念創(chuàng)新是視覺語言創(chuàng)新和技術(shù)表現(xiàn)方式創(chuàng)新的前提和基礎(chǔ)；而視覺語言創(chuàng)新是設(shè)計理念創(chuàng)新和技術(shù)表現(xiàn)方式創(chuàng)新的表現(xiàn)形式；技術(shù)表現(xiàn)方式創(chuàng)新則為前二者提供強有力的技術(shù)支持和實現(xiàn)途徑。進(jìn)入21世紀(jì)，人類不得不承認(rèn)技術(shù)正在重新構(gòu)造我們的現(xiàn)實，它已經(jīng)成為一種強大的力量，在很大程度上控制和決定了社會、經(jīng)濟(jì)、文化及其未來的發(fā)展。計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、多媒體技術(shù)使人們直接面臨“數(shù)字化生存”，與此同時，它們也沖擊著傳統(tǒng)的傳達(dá)方式，視覺傳達(dá)設(shè)計正在經(jīng)歷著一場數(shù)字化的革命。而這些先進(jìn)的技術(shù)、先進(jìn)的探索設(shè)備、先進(jìn)的研究方法和手段，也為設(shè)計師觀察事物的角度和思維方式提供了不斷延伸和擴(kuò)展的機會。因此，我們的設(shè)計師只有主動地迎接信息時代的洗禮，從設(shè)計理念、視覺語言和技術(shù)表現(xiàn)方式的創(chuàng)新入手，堅持三者的辯證統(tǒng)一，才能徹底地推動視覺傳達(dá)設(shè)計在信息時代的大發(fā)展。