[科普中國]-耐疲勞性

耐疲勞的定義

疲勞是指在循環(huán)加載下，發(fā)生在材料某點處局部的、永久性的損傷遞增過程。經(jīng)足夠的應力或應變循環(huán)后，損傷累計可使材料產(chǎn)生裂紋，或使裂紋進一步擴展至完全斷裂。出現(xiàn)可見裂紋或，或使裂紋進一步擴展至完全斷裂，而耐疲勞性是指承受疲勞的能力。2

疲勞的特征疲勞破壞是一種損傷累計的過程，因此它的力學特征不同于靜力破壞。不同之處主要表現(xiàn)為：

1、在循環(huán)應力遠小于靜強度極限的情況下破壞就有可能發(fā)生，但不是立刻發(fā)生的，而要經(jīng)歷一段時間，甚至很長時間。

2、疲勞破壞前，即使塑性材料（延性材料）有時也沒有顯著的殘余變形。2

金屬疲勞破壞三個階段1、微觀裂紋擴展階段在循環(huán)加載下，由于物體內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)的不均勻性，在某些薄弱部位首先形成微觀裂紋，此后裂紋即沿著與主應力成45度角的最大剪切應力方向擴展。在此階段，裂紋長度大致在0.05毫米以內(nèi)。若繼續(xù)加載，微觀裂紋就會發(fā)展成為宏觀裂紋。2

2、宏觀裂紋擴展階段裂紋基本上沿著與主應力垂直的方向擴展。借助電子顯微鏡可在斷口表面觀察到此階段中每一應力循環(huán)所遺留的疲勞條帶。2

3、瞬時斷裂階段當裂紋擴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。2

疲勞壽命在循環(huán)加載下，產(chǎn)生疲勞破壞所需的應力和應變循環(huán)數(shù)成為疲勞壽命。對實際構(gòu)件疲勞壽命常以工作小時計。構(gòu)件在出現(xiàn)工程裂紋以前的疲勞壽命稱為裂紋形成壽命或裂紋起始壽命。工程裂紋指宏觀可見或可檢的裂紋，其長度無統(tǒng)一規(guī)定，一般在0.2--1毫米范圍內(nèi)。自工程裂紋擴展至完全斷裂的疲勞壽命稱為裂紋擴展壽命?？倝勖鼤r二者之和。2

疲勞的分類高疲勞循環(huán)破壞循環(huán)次數(shù)高于10000--100000的疲勞，一般振動元件、傳動軸等疲勞屬此類。其特點作用在構(gòu)件上的應力水平低，應力與應變成線性關系。2

低疲勞循環(huán)破壞循環(huán)次數(shù)低于10000--1000000的票咯，典型事例為壓力容器、燃氣輪機構(gòu)件等。其特點作用于構(gòu)件的應力水平比較較高，材料處于塑性狀態(tài)。2

疲勞問題的應用范疇疲勞問題應用范疇極為廣泛。按材料性質(zhì)及其工作環(huán)境劃分，除一般的金屬疲勞外，還包括非金屬疲勞、高溫疲勞、熱疲勞（由循環(huán)應力引起）、腐蝕疲勞、擦傷疲勞、聲疲勞（由噪聲引起）、沖擊疲勞、接觸疲勞等。2

表征耐疲勞性高循環(huán)疲勞的裂紋形成階段的耐疲勞性能常以S-N曲線表征，S為應力水平，N為疲勞壽命。S-N曲線需要通過試驗驗證測定，試驗采用小型標準件或?qū)嶋H構(gòu)件。若采用小型標準構(gòu)件，則試件裂紋擴展壽命較短，常以斷裂時的循環(huán)次數(shù)作為裂紋形成壽命。2

表征低循環(huán)疲勞裂紋形成階段的疲勞性能的有-N曲線（應變-壽命曲線）和循環(huán)應力-應變曲線，它們都是通過控制恒定的應變幅的試驗測定的，所以低循環(huán)疲勞又稱應變疲勞。2