疲勞比

疲勞比按研究對象

材料袋勞

通過標(biāo)準(zhǔn)試樣研究材料的失效機理、化學(xué)成分和微觀組織對疲勞 強度的影響，疲勞試驗方法和數(shù)據(jù)處理方法；材料的基本疲勞特性：環(huán)境和工次的影響;疲勞斷口的宏觀和微觀形軟等。

結(jié)構(gòu)疲勞

以零部件，接頭以至整機為研究對象，研究其疲勞性能、抗疲勞 設(shè)計方法，壽命估算方法,疲勞試驗方法，以及形狀、尺寸、表面 狀態(tài)和工藝因素的影響，提高其疲勞強度方法等。

疲勞比按失效周期

高周疲勞

材料或結(jié)構(gòu)在低于其服強度的循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)過10⁴~10⁵次以上的循環(huán)產(chǎn)生的失效。高周疲勞一般應(yīng)力較低，材料處于彈性范圍內(nèi)，其應(yīng)力應(yīng)變是成比例的，也稱應(yīng)力疲勞，它是機械中最常見的疲勞。

低周疲勞

材料或構(gòu)件在接近或超過其屈服強度的循環(huán)應(yīng)力作用下，在低于10⁴~10⁵次塑性應(yīng)變循環(huán)產(chǎn)生的失效。由于其應(yīng)力超過彈性極限，產(chǎn)生較大塑性變形，應(yīng)力應(yīng)變不成比例，其主要參數(shù)是應(yīng)變，也常稱為應(yīng)變疲勞。

疲勞比按載荷條件

隨機疲勞

幅值和頻率都是隨機變化的，而且是不確定的。

沖擊疲勞

小能量多次沖擊引起的疲勢。

接觸疲勞

零件接觸表面在接觸壓力循環(huán)作用下出現(xiàn)麻點、刺落或表層壓碎利落，從面造成零件失效的疲勞。

微動磨損疲勞

當(dāng)兩零件表面相接觸，并作小幅度的往復(fù)相對運動時，在接觸表 面上產(chǎn)生的疲勞，經(jīng)過附著、氧化、疲勞三個階段，是機械過程和化學(xué)過程綜合的結(jié)果。

聲疲勞

由氣體動力噪聲、結(jié)構(gòu)噪聲或電磁噪聲等噪聲使結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生的疲勞，只有當(dāng)作為激振力的噪聲使結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)足夠大，足以對結(jié)構(gòu)材料造成線勞損傷時才可能產(chǎn)生聲疲勞。

疲勞比按溫度環(huán)境

高溫疲勞

在高溫環(huán)境下零件承受循環(huán)載荷發(fā)生的疲勞。高溫指約在0.5T或再結(jié)晶溫度以上，T為以熱力學(xué)溫度表示的金屬熔點，高溫勞是機械疲勞與蠕變共同作用結(jié)果。

低溫疲勞

在低于室溫環(huán)境下零件承受循環(huán)應(yīng)力作用發(fā)生的疲勞。

熱疲勞

由溫度循環(huán)變化而引起應(yīng)變循環(huán)變化產(chǎn)生的疲勞。

腐蝕疲勞

在腐蝕介質(zhì)（如酸、堿、海水、淡水、活性氣體等）和循環(huán)載荷聯(lián)合作用下產(chǎn)生的疲勞。

疲勞比按適應(yīng)力狀態(tài)

單軸疲勞

指單向循環(huán)應(yīng)力作用下的疲勞，這時零件只承受單向正應(yīng)力或單向切應(yīng)力。

多軸疲勞

指多向應(yīng)力作用下的疲勞，也稱復(fù)合疲勞。

1、循環(huán)屈服強度 Cyclic yield strength

符號：αy

循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線0.2%應(yīng)變偏離處的屈服強度。

2、彈性應(yīng)變 Elastic strain

符號：εe

總應(yīng)變的彈性部分，εe=εt-εp

3、疲勞極限 Fatigue limit

應(yīng)力振幅的極限值，在這個值以下，被測試樣能承受無限次的應(yīng)力周期。

注：見N個循環(huán)后的疲勞強度

4、疲勞缺口系數(shù)Fatigue notch factor

符號：Kf

在相同的疲勞壽命下，缺口試樣的疲勞強度同平面試樣疲勞強度的比值。

5、疲勞裂紋擴展速率 Fatigue crack growth rate

符號：da/dN

每個循環(huán)周期內(nèi)裂紋擴展的長度(mm/周)。

6、疲勞裂紋擴展的門檻值 Fatigue crack growth threshold

符號：△Kth

da/dN 趨近于0的時候AK 的漸近線的值。

注：對多數(shù)材料門檻值定在10-8 mm/周對應(yīng)的應(yīng)力強度因子范圍。2100433B

疲勞比fatigue ratio該數(shù)值越小，說明材料抵抗疲勞作用的能力較差。從而提示人們需更密切注意由該材料制成的構(gòu)件在實際工作中的疲勞破壞。

1、疲勞為低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，即具有壽命的斷裂，其斷裂應(yīng)力水平往往低于材料抗拉強度，甚至屈服強度。

2、疲勞為脆性斷裂，由于一般疲勞的應(yīng)力水平比屈服強度低，所以不論是韌性材料還是脆性材料，在疲勞斷裂前均不會發(fā)生塑性變形及有型預(yù)兆。

3、疲勞對缺陷十分敏感，由于疲勞破壞是從局部開始的，所以它對缺陷具有高度的選擇性。

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。總壽命時二者之和。

材料抵抗疲勞疲壞的能力。高循壞疲勞的裂紋形成階段的疲勞性能常以S-N曲線表征，S為應(yīng)力水平，N為疲勞壽命。S-N曲線需通過試驗測定，試驗采用小型標(biāo)準(zhǔn)試件或?qū)嶋H構(gòu)件。若采用小型標(biāo)準(zhǔn)試件，則試件裂紋擴展壽命較短，常以斷裂時循環(huán)次數(shù)作為裂紋形成壽命。試驗在給定應(yīng)力比R或平均應(yīng)力

對試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析后，根據(jù)某一存活率p的安全壽命所繪制的應(yīng)力和安全壽命之間的關(guān)系曲線稱為p-S-N曲線。50%存活率的應(yīng)力和疲勞壽命之間的關(guān)系曲線稱為中值S-N曲線，也簡稱S-N曲線。

當(dāng)循環(huán)應(yīng)力中的最大應(yīng)力

鑒于疲勞極限存在較大的分散性，人們根據(jù)現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)觀點，把疲勞極限定義為：指定循環(huán)基數(shù)下的中值（50%存活率）疲勞強度。對于S-N曲線具有水平線段的材料，循環(huán)基數(shù)取10⁷；對于S-N曲線無水平線段的材料（如鋁合金）,循環(huán)基數(shù)取10⁷～10⁸。疲勞極限可作為繪制S-N曲線長壽命區(qū)線段的數(shù)據(jù)點。

根據(jù)各種應(yīng)力比R或平均應(yīng)力

表征低循環(huán)疲勞裂紋形成階段的疲勞件能的有曲線

對于高循環(huán)疲勞裂紋擴展，大量試驗結(jié)果表明，疲勞裂紋擴展率

在變幅循環(huán)應(yīng)力作用下，先行的髙峰應(yīng)力循環(huán)對后繼的低應(yīng)力循環(huán)的裂紋形成和裂紋擴展的影響，稱為過載效應(yīng)。對于帶有缺口或含裂紋的構(gòu)件，在預(yù)先施加高峰拉應(yīng)力后，在缺口處或裂紋尖端形成塑性區(qū)，產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，故可延長疲勞壽命。

疲勞疲勞載荷譜

結(jié)構(gòu)或零件所承受的循環(huán)載荷實際上為一連續(xù)的隨機過程。為了便于進(jìn)行全尺寸疲勞試驗和壽命估算，根據(jù)實測載荷數(shù)據(jù)編制出的模擬實際情況的載荷-時間歷程稱為載荷譜。產(chǎn)品疲勞壽命理論估算和試驗結(jié)果的可靠性在很大程度上取決于載荷譜的真實性。載荷數(shù)據(jù)常常借助應(yīng)變儀或過載計數(shù)儀等來測定。將實測載荷數(shù)據(jù)簡化為一系列全循環(huán)或半循環(huán)的過程稱為計數(shù)法。載荷譜的編制與所采用的計數(shù)法有關(guān)。國際上使用的計數(shù)法有十多種，早期使用的有峰值法、穿級法和變程法等。日前一般趨向于使用雨流法或變程對均值法。20世紀(jì)60年代以來，大多編制程序塊譜（圖11）。它的每一周期由若干級不同大小的恒幅載荷循環(huán)或恒幅應(yīng)力循環(huán)組成，同一級的載荷循環(huán)稱為一個程序塊。每一周期內(nèi)的程序塊按一定圖案排列，圖11中程序塊屬于低-高-低序列。按周期逐次重復(fù)地施加載荷即所謂程序加載。為了更好地模擬實際情況，目前正研制一種按任務(wù)階段劃分的偽隨機譜。在產(chǎn)品的預(yù)設(shè)計期間，為了預(yù)估疲勞壽命，載荷譜可取自有關(guān)規(guī)范,或者根據(jù)使用條件由理論計算導(dǎo)出。

累積損傷理論累積損傷理論提供了在程序加載或變幅加載下構(gòu)件壽命估算的方法和依據(jù)。累積損傷理論至今雖有數(shù)十種，但應(yīng)用最廣的仍屬最早提出的線性累積損傷理論，其內(nèi)容如下：

設(shè)一個循環(huán)周期內(nèi)含有k應(yīng)力水平

疲勞累積損傷理論

由J.V.帕姆格倫和M.A.邁因納分別于1942年和1945年各自獨立提出。這一理論未考慮應(yīng)力水平先后次序的影響，也未計及過載效應(yīng)、欠應(yīng)力（低于疲勞極限的應(yīng)力）等影響，常常與試驗結(jié)果相差很大，尚待進(jìn)一步研究。但計算公式簡便、直觀，故在估算壽命時仍被廣泛采用。

對于裂紋形成壽命的估算，一般采用名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力應(yīng)變法。名義應(yīng)力法在應(yīng)用累積損傷理論時，依據(jù)構(gòu)件的S-N曲線或與構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相同的材料的S-N曲線計算損傷度。而局部應(yīng)力應(yīng)變法先對缺口根部進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，然后依據(jù)無缺口光滑小試件的曲線，計算每一循環(huán)的損傷并進(jìn)行累積，進(jìn)而給出壽命。另外，用于螺栓或鉚釘連接件壽命估算的應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)法，也基于具有應(yīng)力集中的材料的S-N曲線。

估算裂紋擴展壽命,須先求出構(gòu)件應(yīng)力強度因子，以得到。再將帕里斯公式作適當(dāng)修正后,利用數(shù)值積分法,即可求得由初始裂紋擴展至臨界裂紋或斷裂的壽命 。