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疲勞試驗 | 高周疲勞與低周疲勞的區(qū)別
在機械工程領域，有一個令人警惕的事實：60%~70%的機械零件失效源于疲勞斷裂，而這些斷裂往往發(fā)生在遠低于材料屈服
在機械工程領域，有一個令人警惕的事實：60%~70%的機械零件失效源于疲勞斷裂，而這些斷裂往往發(fā)生在遠低于材料屈服強度的應力水平下。
疲勞是指材料在循環(huán)應力或應變作用下，性能逐漸下降并最終導致斷裂失效的全過程。與靜載斷裂不同，疲勞斷裂具有三個顯著特征：
低應力脆斷：斷裂時的應力往往低于材料的抗拉強度，甚至低于屈服強度。
無明顯塑性變形：疲勞斷裂是突發(fā)性的脆性斷裂，斷裂前難以察覺。
對缺陷敏感：表面劃痕、內(nèi)部夾雜、應力集中等都會顯著降低疲勞壽命。
疲勞破壞的過程可以分為三個階段：
裂紋萌生階段：在應力集中部位（如表面缺陷、晶界、夾雜物）形成微觀裂紋。
裂紋擴展階段：裂紋在循環(huán)應力作用下穩(wěn)定擴展。
瞬時斷裂階段：當裂紋擴展到臨界尺寸，剩余截面無法承受載荷時突然斷裂。
疲勞極限是指材料能夠抵抗無限次應力循環(huán)而不破壞的最大應力值。
對于鋼材等大多數(shù)黑色金屬，其S-N曲線（應力-壽命曲線）存在一條水平漸近線。這條水平線起始點對應的應力值就是疲勞極限。需要注意的是，對于有色金屬、腐蝕環(huán)境下的鋼材等，S-N曲線往往沒有明顯的水平部分，此時需要定義條件疲勞極限，即對應于某一規(guī)定循環(huán)次數(shù)的應力值。
根據(jù)疲勞斷裂前經(jīng)歷的應力循環(huán)次數(shù)，金屬疲勞可分為兩大類：
高周疲勞是指材料所受的交變應力遠低于屈服強度，斷裂前的應力循環(huán)次數(shù)大于10^5的疲勞。
核心特征：
應力水平：低于屈服強度，材料主要發(fā)生彈性變形。
控制參數(shù)：以應力作為基本控制參量。
壽命范圍：Nf>10^5次。
典型應用：彈簧、傳動軸、連桿、螺栓等。
研究手段：常規(guī)疲勞計算方法，以S-N曲線為依據(jù)。
高周疲勞的壽命主要消耗在裂紋萌生階段。在實際服役的機械部件中，裂紋萌生壽命往往占據(jù)總壽命的90%以上。
低周疲勞
低周疲勞是指材料所受力較高，通常接近或超過屈服極限，斷裂前的應力循環(huán)次數(shù)一般少于10^4~10^5的疲勞。
核心特征：
應力水平：接近或超過屈服強度，每次循環(huán)都發(fā)生塑性變形。
控制參數(shù)：以應變作為基本控制參量。
壽命范圍：Nf<10^4~10^5次。
典型應用：壓力容器、燃氣輪機葉片、飛機起落架等。
破壞機理：塑性變形累積損傷。
低周疲勞的破壞就是塑性變形累積的結(jié)果。由于應力水平高，每次循環(huán)都會產(chǎn)生一定量的塑性變形，當累積塑性應變達到材料的極限時發(fā)生斷裂。
疲勞斷裂的斷口具有典型的宏觀形貌，是判斷疲勞失效類型的重要依據(jù)。
關鍵詞：
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