Voy a meterme por medio que no tengo mucho que hacer y me aburro.
A ver, yo si tengo vistos estudios y papers de doctorados, trabajos de fin de carrera y demás y sí que existen diferencias entre un estudio por ordenador y la realidad, incluso utilizando un programa como ANSYS, pero con una máquina lo suficientemente potente y echándole tiempo al estudio, son diferencias pequeñas y descartables. Para eso sirven en ingeniería los factores de seguridad.
Intentar realizar una comprobación real contra el resultado del ordenador es una perdida de tiempo como pocas podrás encontrar a no ser que tengas un laboratorio digno de la NASA. Por utilizar tu ejemplo, tendrías que comprobar que tu viga mide realmente 100x50 y que tiene 4mm de espesor en toda su longitud, comprobar la rectitud de la viga, tendrías que hacer ensayos destructivos al material para comprobar realmente su tensión de rotura y de deformación, ya que estas tensiones que aparecen en las tablas de cada material son orientativas, primero porque la composición de cada acero normalizado está marcado por intervalos de componentes, no son fijas, segundo, porque puede haber fallos en la fabricación, y tercero, dependiendo del grosor de la chapa que te vendan, su dureza será diferente para el mismo acero. Después de comprobar todo eso, ponte a hacer un ensayo de particulas magnéticas o ultrasonidos para comprobar que tu viga no tiene defectos o grietas internas que te puedan falsear el estudio....
Adonde quiero llegar es, ¿si haces la comprobación, y la viga tiene una deformación que difiere un 8% de lo que dice tu ordenador, es culpa del ordenador, o de que las condiciones de la viga real no son como las de la ideal de tu ordenador?
En todo caso, incluso con un programa no especifico como Solidworks y con un estudio cuidado, te puedes olvidar de las diferencias. La cuestión depende de tantas cosas y es tan difícil que mejor se soluciona aplicando factores de seguridad y pista.
Si la pregunta que haces es de tu caso real que tienes que solucionar, copiala y pegala entera que no la he entendido con tanto fos y tanta pregunta seguida xD, explicalo mejor 
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Si tienes que resolver un ejercicio en Solidworks, y te dejan libertad de malla... pues mallalo al máximo que te permita tu máquina sin que se vuelva loca, si lo que quieres es exactitud. Ahora bien, Solidworks suele colocar una malla "razonable" al mallar, es una tontería poner un tamaño de malla de 0,1 mm a una viga de 2 metros o un tamaño de malla de 30mm a un objeto que mide 300mm, en el primer caso, un pc corriente no podrá hacer el estudio, y en el segundo caso te dará un resultado erróneo por ser demasiado simple.
Y eso sin meternos en si tu pieza tiene aristas, agujeros y demás, que deberías mallar con más cuidado alrededor de las discontinuidades dentro de una malla más general válida.
Si lo que quieres es hacer un estudio bueno, bueno, con Solidworks, busca por internet como hacer un estudio adaptativo-h o un estudio adaptativo-p, que son opciones que tiene el Solid un poco escondidas, pero hacen mejores estudios. Pero vamos, que depende para que lo quieras.... para mi proyecto de fin de carrera yo hice un adaptativo-h y tuve que hacerlo en los ordenadores de la universidad porque el pc de mi casa no podía con ello. Así que si es para un simple ejercicio teórico pues no merece la pena porque las diferencias no son tantas.
Al final se resume en que malla lo mas pequeño que puedas, pero que tampoco necesites a Skynet para hacer el estudio, porque es matar moscas a cañonazos.
Te voy a responder lo mejor que pueda a las preguntas que haces sobre ciencia de materiales:
Yo entiendo fatiga como esfuerzos cíclicos que acaban acortando la vida del material y provocando su rotura antes de que si ese objeto estuviera sometido a esfuerzos estáticos, en base a eso, te voy a responder.
Por lo tanto, para tu primera pregunta, no, un objeto solo sufre fatiga si tiene esfuerzos ciclicos.
Segunda, si y no, no verás la fatiga relacionada directamente con el fos, pero si que tienen que ver. El fos depende del cociente entre el esfuerzo máximo que puede soportar la pieza y el que le estás aplicando. Y la fatiga tiene que ver con con el esfuerzo máximo que aplicas a la pieza, el que puede soportar, como son esos ciclos de cargas, la dirección de las cargas, su acabado superficial, si hay discontinuidades como entallas, temperatura y un montón de cosas más.
Para concretar en tu pregunta, sí, está claro que a igualdad de condiciones, misma pieza, mismo material, misma forma, mismas cargas..., una pieza con un fos de 2,5 aguanta mucho menos a fatiga que una pieza con un fos de 8 porque está más exigida, pero si las piezas son diferentes en forma o cualquier cosa, no.
No entiendo lo de "visual no de grano", pero la respuesta es no, todo producto no está sujeto a deformaciones plásticas, si una pieza que diseñas se te deforma plásticamente durante su funcionamiento, es que estás bien jodido. Por eso en los cálculos no se utiliza la carga de rotura de los materiales, sino la carga de fluencia, antes de que el material empiece a fluir plásticamente, y se les ponen unos fos horripilantes.
La fatiga tiene que ver más con la nucleación de grietas y defectos, que se van acentuando por las cargas ciclicas menores a la tensión de fluencia del material, que con una deformación plástica "normal" del material, vamos, lo primero es fatiga de verdad, y lo segundo, es que está diseñado mal directamente.
Respecto a lo del chasis del remolque, no te olvides de que baches e irregularidades del terreno hacen variar la carga soportada por el constantemente, así que no te extrañe que sufran de fatiga, pero vamos, para doblar un chasis no hace falta fatiga, sino que se pase de su limite una sola vez para deformarlo. Si lo que te extraña es que sean otras cosas como un eje de levas que aguanten tanto tiempo a fatiga, hay muchas cosas que se diseñan a vida infinita para que teóricamente nunca fallen. Vamos, que se puede calcular que si no sobrepasas cierta carga para una pieza esta no fallará nunca aunque esté sometida a esfuerzos de fatiga.
Vaya coñazo he soltado. Espero que te ayude xD
