路面疲勞壽命

《公路交通科技名詞》第一版。 2100433B

1996年，經(jīng)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

在循環(huán)加載下，產(chǎn)生疲勞破壞所需的應(yīng)力和應(yīng)變循環(huán)數(shù)成為疲勞壽命。對(duì)實(shí)際構(gòu)件疲勞壽命常以工作小時(shí)計(jì)。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?jí)勖?。工程裂紋指宏觀可見或可檢的裂紋，其長(zhǎng)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(kuò)展至完全斷裂的疲勞壽命稱為裂紋擴(kuò)展壽命?？倝勖鼤r(shí)二者之和。

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(duì)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(zhǎng)度無統(tǒng)一規(guī)定，一般在0.2～1.0毫米范圍內(nèi)。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。總壽命為兩者之和。因工程裂紋長(zhǎng)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S-N曲線是根據(jù)疲勞試驗(yàn)直到試樣斷裂得出的，所以對(duì)應(yīng)于S-N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(gè)過程中，塑性應(yīng)變與彈性應(yīng)變同時(shí)存在。當(dāng)循環(huán)加載的應(yīng)力水平較低時(shí)，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(shí)，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(dòng)軸等的疲勞屬此類。其特點(diǎn)是：作用于構(gòu)件上的應(yīng)力水平較低，應(yīng)力和應(yīng)變呈線性關(guān)系。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(jī)零件等的疲勞。其特點(diǎn)是：作用于構(gòu)件的應(yīng)力水平較高，材料處于塑性狀態(tài)。很多實(shí)際構(gòu)件在變幅循環(huán)應(yīng)力作用下的疲勞既不是純高循環(huán)疲勞也不是純低循環(huán)疲勞，而是二者的綜合。

相應(yīng)地，裂紋擴(kuò)展也分為高循環(huán)和低循環(huán)兩類。高循環(huán)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律可利用線彈性斷裂力學(xué)方法研究；低循環(huán)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律一般應(yīng)采用彈塑性斷裂力學(xué)方法研究，不過由于問題十分復(fù)雜，尚未很好地解決。

實(shí)踐表明，疲勞壽命分散性較大，因此必須進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，考慮存活率（即可靠度）的問題。具有存活率p（如95%、99%、99.9%）的疲勞壽命Np的含義是：母體（總體）中有p的個(gè)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(yàn)得到的S-N曲線是p=50%的曲線。對(duì)應(yīng)于各存活率的p的S-N曲線稱為p-S-N曲線。

疲勞損傷發(fā)生在受交變應(yīng)力（或應(yīng)變）作用的零件和構(gòu)件，零件和構(gòu)件在低于材料屈服極限的交變應(yīng)力（或應(yīng)變）的反復(fù)作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)以后，在應(yīng)力集中部位萌生裂紋，裂紋在一定條件下擴(kuò)展，最終突然斷裂，這一失效過程稱為疲勞破壞?！∑趶?qiáng)度的計(jì)算

常規(guī)疲勞強(qiáng)度計(jì)算是以名義應(yīng)力為基礎(chǔ)的，可分為無限壽命計(jì)算和有限壽命計(jì)算。零件的疲勞壽命與零件的應(yīng)力、應(yīng)變水平有關(guān)，它們之間的關(guān)系可以用應(yīng)力一壽命曲線（S-N曲線）和應(yīng)變一壽命曲線（δ－Ν曲線）表示。應(yīng)力一壽命曲線和應(yīng)變一壽命曲線，統(tǒng)稱為S-N曲線。根據(jù)試驗(yàn)可得其數(shù)學(xué)表達(dá)式：

σmN=C

式中：N應(yīng)力循環(huán)數(shù)；

m、C材料常數(shù)。

在疲勞試驗(yàn)中，實(shí)際零件尺寸和表面狀態(tài)與試樣有差異，常存在由圓角、鍵槽等引起的應(yīng)力集中，所以，在使用時(shí)必須引入應(yīng)力集中系數(shù)K、尺寸系數(shù)ε和表面系數(shù)β。