疲勞比疲勞的分類

疲勞比按研究對(duì)象

材料袋勞

通過(guò)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(guò)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(jiàn)的疲勞。

低周疲勞

材料或構(gòu)件在接近或超過(guò)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(guò)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(guò)附著、氧化、疲勞三個(gè)階段，是機(jī)械過(guò)程和化學(xué)過(guò)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。

疲勞比f(wàn)atigue ratio該數(shù)值越小，說(shuō)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(shí)際工作中的疲勞破壞。

1、循環(huán)屈服強(qiáng)度 Cyclic yield strength

符號(hào)：αy

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

2、彈性應(yīng)變 Elastic strain

符號(hào)：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(gè)值以下，被測(cè)試樣能承受無(wú)限次的應(yīng)力周期。

注：見(jiàn)N個(gè)循環(huán)后的疲勞強(qiáng)度

4、疲勞缺口系數(shù)Fatigue notch factor

符號(hào)：Kf

在相同的疲勞壽命下，缺口試樣的疲勞強(qiáng)度同平面試樣疲勞強(qiáng)度的比值。

5、疲勞裂紋擴(kuò)展速率 Fatigue crack growth rate

符號(hào)：da/dN

每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)裂紋擴(kuò)展的長(zhǎng)度(mm/周)。

6、疲勞裂紋擴(kuò)展的門檻值 Fatigue crack growth threshold

符號(hào)：△Kth

da/dN 趨近于0的時(shí)候AK 的漸近線的值。

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

1、疲勞為低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)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(qiáng)度，甚至屈服強(qiáng)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(qiáng)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(huì)發(fā)生塑性變形及有型預(yù)兆。

3、疲勞對(duì)缺陷十分敏感，由于疲勞破壞是從局部開(kāi)始的，所以它對(duì)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(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(jiàn)或可檢的裂紋，其長(zhǎng)度無(wú)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。

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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)載計(jì)數(shù)儀等來(lái)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(guò)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(lái)，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(guò)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(wú)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 。