疲勞比簡介

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件在實際工作中的疲勞破壞。

疲勞比按研究對象

材料袋勞

通過標準試樣研究材料的失效機理、化學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。

結構疲勞

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

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

低周疲勞

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

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

當兩零件表面相接觸，并作小幅度的往復相對運動時，在接觸表 面上產生的疲勞，經(jīng)過附著、氧化、疲勞三個階段，是機械過程和化學過程綜合的結果。

聲疲勞

由氣體動力噪聲、結構噪聲或電磁噪聲等噪聲使結構件產生的疲勞，只有當作為激振力的噪聲使結構件產生的應力-應變響應足夠大，足以對結構材料造成線勞損傷時才可能產生聲疲勞。

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或再結晶溫度以上，T為以熱力學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果。

低溫疲勞

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

熱疲勞

由溫度循環(huán)變化而引起應變循環(huán)變化產生的疲勞。

腐蝕疲勞

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

疲勞比按適應力狀態(tài)

單軸疲勞

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

多軸疲勞

指多向應力作用下的疲勞，也稱復合疲勞。

1、循環(huán)屈服強度 Cyclic yield strength

符號：αy

循環(huán)應力應變曲線0.2%應變偏離處的屈服強度。

2、彈性應變 Elastic strain

符號：εe

總應變的彈性部分，εe=εt-εp

3、疲勞極限 Fatigue limit

應力振幅的極限值，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/周對應的應力強度因子范圍。2100433B

1、疲勞為低應力循環(huán)延時斷裂，即具有壽命的斷裂，其斷裂應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。對實際構件疲勞壽命常以工作小時計。構件在出現(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。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，試驗采用小型標準試件或實際構件。若采用小型標準試件，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。試驗在給定應力比R或平均應力

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

當循環(huán)應力中的最大應力

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)各種應力比R或平均應力

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，大量試驗結果表明，疲勞裂紋擴展率

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

疲勞疲勞載荷譜

結構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。產品疲勞壽命理論估算和試驗結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。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階段劃分的偽隨機譜。在產品的預設計期間，為了預估疲勞壽命，載荷譜可取自有關規(guī)范,或者根據(jù)使用條件由理論計算導出。

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，但應用最廣的仍屬最早提出的線性累積損傷理論，其內容如下：

設一個循環(huán)周期內含有k應力水平

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。這一理論未考慮應力水平先后次序的影響，也未計及過載效應、欠應力（低于疲勞極限的應力）等影響，常常與試驗結果相差很大，尚待進一步研究。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，一般采用名義應力法和局部應力應變法。名義應力法在應用累積損傷理論時，依據(jù)構件的S-N曲線或與構件應力集中系數(shù)相同的材料的S-N曲線計算損傷度。而局部應力應變法先對缺口根部進行應力應變分析，然后依據(jù)無缺口光滑小試件的曲線，計算每一循環(huán)的損傷并進行累積，進而給出壽命。另外，用于螺栓或鉚釘連接件壽命估算的應力嚴重系數(shù)法，也基于具有應力集中的材料的S-N曲線。

估算裂紋擴展壽命,須先求出構件應力強度因子，以得到。再將帕里斯公式作適當修正后,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 。