试件的基本结构与实验方案考虑到实验条件以及试件接触时受力分布特点，并根据弹性力学以及接触力学的相关理论，建立了如所示模型，仅取试件的四分之一进行有限元分析。

　　（a）实心结构模型（b）深穴结构模型1实验有限元模型首先，用有限元法对两种不同结构的模型在一定工况下进行有限元模拟，看其在相同外载荷条件下的应力分布情况。然后改进深穴结构的尺寸，看其应力变化情况，并根据实验机的要求最终确定合理的实验方案，然后用材料接触疲劳实验机来对试件进行实验验证。

　　试件实验状态下的静态应力模拟对试件在实验状态下的静态应力进行了大量的计算和有限元分析，在这里只介绍其中最具有代表性，效果最明显的一组有限元分析结果。中1～7条曲线依次对应七种不同的模型，图中表示的是接触区域内沿试件轴向的等效应力分布曲线图；表示的是接触区域内沿模型轴向的接触应力的分布曲线图。、4中的横坐标表示的是接触区域的轴向长度，其单位是毫米，其方向与中坐标轴1的方向一致，且曲线图中cp表示接触应力、sv表示等效应力。

　　首先分析等效应力的变化情况，是接触区域附近等效应力云图，从图中的应力数值可以明确地看出深穴结构的应力要小于实心结构的。

　　随着深穴尺寸的变化，在相同的外载荷下，接触区域内等效应力变化比较明显。从等效应力的数值来看，没有深穴结构的试件，在接触区域的应力变化范围是最大的，其接触区域右端的应力最小，左端的应力最大，“边缘效应”最严重的。所有深穴结构的试件，其等效应力的变化范围都要比实心的要小，所以深穴结构试件的“边缘效应”都要比实心的要小，端部的应力集中都有所降低。而随着深穴尺寸的不同，其等效应力的变化也是非常明显的。从中可以很明显的看出：若深穴结构试件的内径尺寸相同，其槽的深度越大，左端的等效应力降低的幅度就越大，但其接触区域中靠近右端的部分应力就会越大，应力的变化范围也就越大，但无论是应力的变化范围还是最大应力的数值都要比实心试件的小很多；若深穴结构试件的槽深相同，其内径尺寸越大，左端的等效应力就越小，同样在其接触区域中靠近右端的部分应力就会越大，应力的变化范围也就越大，但无论是应力的变化范围还是最大应力的数值都要比实心试件的小很多；从而可以得出如下结论：深穴结构试件的等效应力的分布情况要比实心结构的好，且随着深穴尺寸的变化其应力情况也是变化的，槽深或内径越大，应力的变化范围就越大，反之则变小。通过优化两个尺寸发现，第七种尺寸的深穴结构试件的等效应力分布是比较理想的，应力的变化范围小，且其绝对值也不大。

　　（a）实心结构模具模型（b）深穴结构模型4接触区域附近等效应力云图接下来分析接触应力的分布情况，由可见，实心结构试件的接触应力变化范围不大，在试件的左端比右端稍大一点，而各种深穴结构试件的接触应力分布规律基本相似，都是在接触区域的左端，也就是有深穴的那一端应力比较小，而另一端应力比较大。但从图中可以看出，第七种模型的接触应力分布是比较合理的，变化的范围很小，且应力的绝对数值也不是很大。各种情况下各试件在接触区域的应力值见附表。其中SvmaxL表示接触区域左侧的最大等效应力，SvmaxR表示右侧的最大等效应力，Cp2maxL表示左侧的最大接触应力，CpmaxR表示右侧的最大接触应力，附表中模型1到模型7分别为前面提到的七种模型。

　　结语综上所述，从有限元分析结果来看，对试件采用深穴结构，在相同的条件下可以改善试件的应力分布情况。但深穴结构改善应力情况的效果与其结构尺寸有着很大的关系，只有合理的深穴结构尺寸才能很好的降低试件的最大等效应力和最大接触应力，降低“边缘效应”，不合理的深穴结构尺寸，不仅不能降低应力情况，甚至会使深穴结构试件的“边缘效应”比实心的更严重。因此，在设计深穴结构来降低“边缘效应”的时候，必须合理设计深穴的尺寸，只有合理的深穴尺寸才能降低试件的“边缘效应”，提高试件的承载能力和寿命。