疲勞5.環(huán)境影響

某些零件、構(gòu)件是在高于或低于室溫下工作，或在腐蝕介質(zhì)中工作，或受載方式不是拉壓和彎曲而是接觸滾動(dòng)等，這些不同的環(huán)境因素可使零件、構(gòu)件產(chǎn)生不同的疲勞破壞。最常見的有接觸疲勞、高溫疲勞、熱疲勞和腐蝕疲勞。此外，還有微動(dòng)磨損疲勞和聲疲勞等。①接觸疲勞。零件在高接觸壓應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生的疲勞。經(jīng)多次應(yīng)力循環(huán)后，零件的工作表面局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊金屬剝落，形成麻點(diǎn)或凹坑。接觸疲勞使零件工作時(shí)噪聲增加、振幅增大、溫度升高、磨損加劇，最后導(dǎo)致零件不能正常工作而失效。在滾動(dòng)軸承、齒輪等零件中常發(fā)生這種現(xiàn)象。②高溫疲勞。在高溫環(huán)境下承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的疲勞。高溫是指大于熔點(diǎn)1/2以上的溫度，此時(shí)晶界弱化，有時(shí)晶界上產(chǎn)生蠕變空位，因此在考慮疲勞的同時(shí)必須考慮高溫蠕變的影響。高溫下金屬的S-N曲線沒有水平部分，一般用10⁷～10⁸次循環(huán)下不出現(xiàn)斷裂的最大應(yīng)力作為高溫疲勞極限；載荷頻率對(duì)高溫疲勞極限有明顯影響，當(dāng)頻率降低時(shí)，高溫疲勞極限明顯下降。③熱疲勞。由溫度變化引起的熱應(yīng)力循環(huán)作用而產(chǎn)生的疲勞。如渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、熱軋軋輥和熱鍛模等，常由于熱應(yīng)力的循環(huán)變化而產(chǎn)生熱疲勞。④腐蝕疲勞。在腐蝕介質(zhì)中承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的疲勞。如船用螺旋槳、渦輪機(jī)葉片、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等，常產(chǎn)生腐蝕疲勞。腐蝕介質(zhì)在疲勞過程中能促進(jìn)裂紋的形成和加快裂紋的擴(kuò)展。其特點(diǎn)有：S-N曲線無水平段；加載頻率對(duì)腐蝕疲勞的影響很大；金屬的腐蝕疲勞強(qiáng)度主要是由腐蝕環(huán)境的特性而定；斷口表面變色等。

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。

疲勞破壞是在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變作用下發(fā)生的。為了便于研究和分析疲勞問題，國(guó)際上對(duì)循環(huán)應(yīng)力表示法已作出統(tǒng)一規(guī)定。循環(huán)應(yīng)力的每一個(gè)周期變化稱作一個(gè)應(yīng)力循環(huán)。

圖4所示的恒幅循環(huán)應(yīng)力由以下諸分量表示：①最大應(yīng)力

恒幅循環(huán)應(yīng)變的表示法與此類似。

應(yīng)力循環(huán)可以看成兩部分應(yīng)力的組合，一部分是數(shù)值等于平均應(yīng)力的靜應(yīng)力，另一部分是在平均應(yīng)力上變化的動(dòng)應(yīng)力。在四個(gè)應(yīng)力分量中、、、只有兩個(gè)是獨(dú)立的。任意給定兩個(gè)，其余兩個(gè)就能確定。

用來確定應(yīng)力循環(huán)的一對(duì)應(yīng)力分量、或、稱為應(yīng)力水平。對(duì)恒幅循環(huán)應(yīng)力，當(dāng)給定R或時(shí)，應(yīng)力水平可由或表示。產(chǎn)生疲勞破壞所需的循環(huán)數(shù)取決于應(yīng)力水平的高低，破壞循環(huán)數(shù)越大，表示施加的應(yīng)力水平越低。

疲勞破壞是一種損傷積累的過程，因此它的力學(xué)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(yīng)力遠(yuǎn)小于靜強(qiáng)度極限（見材料的力學(xué)性能）的情況下破壞就可能發(fā)生，但不是立刻發(fā)生的，而要經(jīng)歷一段時(shí)間，甚至很長(zhǎng)的時(shí)間；②疲勞破壞前,即使塑性材料（延性材料）有時(shí)也沒有顯著的殘余變形。

金屬疲勞破壞可分為3個(gè)階段：①微觀裂紋階段。在循環(huán)加載下，由于物體的最高應(yīng)力通常產(chǎn)生于表面或近表面區(qū)，該區(qū)存在的駐留滑移帶、晶界和夾雜，發(fā)展成為嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)并首先形成微觀裂紋。此后，裂紋沿著與主應(yīng)力約成45°角的最大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展，裂紋長(zhǎng)度大致在0.05毫米以內(nèi)，發(fā)展成為宏觀裂紋。②宏觀裂紋擴(kuò)展階段。裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展。③瞬時(shí)斷裂階段。當(dāng)裂紋擴(kuò)大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時(shí)，物體就會(huì)在某一次加載下突然斷裂。對(duì)應(yīng)于疲勞破壞的3個(gè)階段，在疲勞宏觀斷口上出現(xiàn)有疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展和瞬時(shí)斷裂3個(gè)區(qū)。疲勞源區(qū)通常面積很小，色澤光亮，是兩個(gè)斷裂面對(duì)磨造成的；疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)通常比較平整，具有表征間隙加載、應(yīng)力較大改變或裂紋擴(kuò)展受阻等使裂紋擴(kuò)展前沿相繼位置的休止線或海灘花樣；瞬斷區(qū)則具有靜載斷口的形貌，表面呈現(xiàn)較粗糙的顆粒狀。掃描和透射電子顯微術(shù)揭示了疲勞斷口的微觀特征，可觀察到擴(kuò)展區(qū)中每一應(yīng)力循環(huán)所遺留的疲勞輝紋。

有記載的最早進(jìn)行疲勞試驗(yàn)是德國(guó)的W.A.艾伯特。法國(guó)的J.-V.彭賽列首先論述了疲勞問題并提出“疲勞”這一術(shù)語。但疲勞研究的奠基人則是德國(guó)的A.沃勒，他在19世紀(jì)50～60年代最早得到表征疲勞性能的S-N曲線并提出疲勞極限的概念。20世紀(jì)50年代P.J.E.福賽思首先觀察到疲勞過程中在滑移帶內(nèi)有金屬薄片擠出的現(xiàn)象。隨后N.湯普孫等人發(fā)現(xiàn)這種滑移帶不易用電解拋光去掉，稱為“駐留滑移帶”。后來證明，駐留滑移帶常常成為裂紋源。1924年德國(guó)的J.V.帕姆格倫在估算滾動(dòng)軸承壽命時(shí)，假設(shè)軸承的累積損傷與其轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)成線性關(guān)系。1945年美國(guó)M.A.邁因納明確提出了疲勞破壞的線性損傷累積理論，也稱為帕姆格倫-邁因納定律，簡(jiǎn)稱邁因納定律。此后，斷裂力學(xué)的進(jìn)展豐富了傳統(tǒng)疲勞理論的內(nèi)容，促進(jìn)了疲勞理論的發(fā)展。當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)是把微觀理論和宏觀理論結(jié)合起來從本質(zhì)上探究疲勞破壞的機(jī)理。用概率統(tǒng)計(jì)方法處理疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是20世紀(jì)20年代開始的。60年代后期，概率疲勞分析和設(shè)計(jì)從電子產(chǎn)品發(fā)展到機(jī)械產(chǎn)品，于是在航空、航天工業(yè)的先導(dǎo)下，開始了概率統(tǒng)計(jì)理論在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

飛機(jī)、船舶、汽車、動(dòng)力機(jī)械、工程機(jī)械、冶金、石油等機(jī)械以及鐵路橋梁等的主要零件和構(gòu)件，大多在循環(huán)變化的載荷下工作，疲勞是其主要的失效形式。因此，疲勞理論和疲勞試驗(yàn)對(duì)于設(shè)計(jì)各類承受循環(huán)載荷的機(jī)械和結(jié)構(gòu)，成為重要的研究?jī)?nèi)容。疲勞有限壽命設(shè)計(jì)中進(jìn)行壽命估算，必須了解材料的疲勞性能，以此作為理論計(jì)算的依據(jù)。由于疲勞壽命的長(zhǎng)短取決于所承受的循環(huán)載荷大小，為此還必須編制出供理論分析和全尺寸疲勞試驗(yàn)用的載荷譜，再根據(jù)與各種疲勞相適應(yīng)的損傷模型估算出疲勞壽命。疲勞理論的工程應(yīng)用，經(jīng)歷了從無限壽命設(shè)計(jì)到有限壽命設(shè)計(jì)，有限壽命設(shè)計(jì)尚處于完善階段。發(fā)展趨勢(shì)是：①宏觀與微觀結(jié)合，探討從位錯(cuò)、滑移、微裂紋、短裂紋、長(zhǎng)裂紋到斷裂的疲勞全過程，尋求壽命估算各階段統(tǒng)一的物理-力學(xué)模型。②研究不同環(huán)境下的疲勞及其壽命估算方法。③概率統(tǒng)計(jì)方法在疲勞中的應(yīng)用，如隨機(jī)載荷下的可靠性分析方法，以及耐久性設(shè)計(jì)等。

金屬疲勞壽命預(yù)估側(cè)重于力學(xué)方面，并且是普遍關(guān)注的研究課題。為了進(jìn)行疲勞壽命的理論估算和試驗(yàn)，首先必須了解材料的疲勞性能，以此作為理論計(jì)算的依據(jù)。其次，疲勞壽命的長(zhǎng)短取決于所承受的循環(huán)載荷大小，為此還必須編制出供理論分析和全尺寸疲勞試驗(yàn)用的載荷譜。最后，根據(jù)材料的疲勞性能和載荷譜估算出疲勞壽命。以下分別加以介紹：

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(yàn)測(cè)定，試驗(yàn)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(kuò)展壽命較短，常以斷裂時(shí)循環(huán)次數(shù)作為裂紋形成壽命。試驗(yàn)在給定應(yīng)力比R或平均應(yīng)力

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)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(jì)學(xué)觀點(diǎn)，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(qiáng)度。對(duì)于S-N曲線具有水平線段的材料，循環(huán)基數(shù)取10⁷；對(duì)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(zhǎng)壽命區(qū)線段的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

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(duì)于高循環(huán)疲勞裂紋擴(kuò)展，大量試驗(yàn)結(jié)果表明，疲勞裂紋擴(kuò)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(duì)后繼的低應(yīng)力循環(huán)的裂紋形成和裂紋擴(kuò)展的影響，稱為過載效應(yīng)。對(duì)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(zhǎng)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(shí)際上為一連續(xù)的隨機(jī)過程。為了便于進(jìn)行全尺寸疲勞試驗(yàn)和壽命估算，根據(jù)實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)編制出的模擬實(shí)際情況的載荷-時(shí)間歷程稱為載荷譜。產(chǎn)品疲勞壽命理論估算和試驗(yàn)結(jié)果的可靠性在很大程度上取決于載荷譜的真實(shí)性。載荷數(shù)據(jù)常常借助應(yīng)變儀或過載計(jì)數(shù)儀等來測(cè)定。將實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為一系列全循環(huán)或半循環(huán)的過程稱為計(jì)數(shù)法。載荷譜的編制與所采用的計(jì)數(shù)法有關(guān)。國(guó)際上使用的計(jì)數(shù)法有十多種，早期使用的有峰值法、穿級(jí)法和變程法等。日前一般趨向于使用雨流法或變程對(duì)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(jí)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(jí)的載荷循環(huán)稱為一個(gè)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(shí)際情況，目前正研制一種按任務(wù)階段劃分的偽隨機(jī)譜。在產(chǎn)品的預(yù)設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)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(dú)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(jì)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(yàn)結(jié)果相差很大，尚待進(jìn)一步研究。但計(jì)算公式簡(jiǎn)便、直觀，故在估算壽命時(shí)仍被廣泛采用。

對(duì)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(shí)，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(jì)算損傷度。而局部應(yīng)力應(yīng)變法先對(duì)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(jì)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(kuò)展壽命,須先求出構(gòu)件應(yīng)力強(qiáng)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(kuò)展至臨界裂紋或斷裂的壽命 。

疲勞比按研究對(duì)象

材料袋勞

通過標(biāo)準(zhǔn)試樣研究材料的失效機(jī)理、化學(xué)成分和微觀組織對(duì)疲勞 強(qiáng)度的影響，疲勞試驗(yàn)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(jī)為研究對(duì)象，研究其疲勞性能、抗疲勞 設(shè)計(jì)方法，壽命估算方法,疲勞試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(jī)疲勞

幅值和頻率都是隨機(jī)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(shì)。

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(diǎn)、刺落或表層壓碎利落，從面造成零件失效的疲勞。

微動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接觸表 面上產(chǎn)生的疲勞，經(jīng)過附著、氧化、疲勞三個(gè)階段，是機(jī)械過程和化學(xué)過程綜合的結(jié)果。

聲疲勞

由氣體動(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)材料造成線勞損傷時(shí)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(diǎn)，高溫勞是機(jī)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(shí)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。

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。總壽命時(shí)二者之和。

由疲勞的概念可知，疲勞破壞具有下列幾個(gè)方面的特點(diǎn):

疲勞破壞擾動(dòng)應(yīng)力作用

擾動(dòng)應(yīng)力是指隨著時(shí)間發(fā)生變化的應(yīng)力，也稱為擾動(dòng)載荷，載荷可以是力、應(yīng)變、位移等等。

疲勞載荷的分類如圖1所示。一個(gè)載荷譜在一個(gè)確定的時(shí)間間隔內(nèi)呈現(xiàn)規(guī)律性的、相等幅頻的重復(fù)稱為周期，此類具有周期性交變特征的載荷稱作循環(huán)載荷。

疲勞破壞明顯的局部性

疲勞破壞往往產(chǎn)生于局部，局部性是疲勞失效的重要特征。因此，注意研究零部件的細(xì)節(jié)，尤其是應(yīng)力應(yīng)變集中處，盡力減小應(yīng)力集中的發(fā)生，對(duì)提高零部件工作質(zhì)量，延長(zhǎng)構(gòu)件壽命具有積極意義。

疲勞破壞一個(gè)發(fā)展過程

疲勞破壞是一個(gè)發(fā)展的過程。單就零部件疲勞破壞形式之一的斷裂來講，由疲勞裂紋產(chǎn)生到疲勞裂紋擴(kuò)展，直至最后發(fā)生斷裂，這是一個(gè)疲勞損傷逐步累積的過程。由此可引出疲勞壽命的概念，疲勞壽命指的是疲累損傷累積過程中零部件所經(jīng)歷的時(shí)間，或者說載荷循環(huán)次數(shù)。