1、12疲劳断裂是金属构件断裂的主要形式之一，在金属构件疲劳断裂失效分析基础上形成和发展了疲劳学科。自从Whler的经典疲劳著作发表以来，人们充分地研究了不同材料在各种不同载荷和环境条件下试验时的疲劳性能。尽管大多数工程技术人员和设计人员已经注意到疲劳问题，而且已积累了大量的实验数据，目前仍然有许多设备和机器发生疲劳断裂。疲劳设计现在已从无限寿命设计发展到有限寿命设计。零件、构件和设备的寿命估算，已成为疲劳强度的一个重要组成部分。疲劳已从一个古老的概念发展成为材料科学、 学和工程设计 的一 学科 疲劳强度。224.1.1 疲劳断裂失效的基本形式 机 零件疲劳断裂失效形式 多。载荷的形式不同， 分为
2、 疲劳、 疲劳、 疲劳、疲劳、 疲劳 疲劳断裂的 的大 分为 疲劳 和疲劳 currency1 零件“的度fifl条件 分为机 疲劳 、的疲劳、疲劳、疲劳、 疲劳疲劳 。基”形式有种， 的断疲劳 的断疲劳。形式的疲劳断裂，是 种基”形式在不同条件下的 。4.1 疲劳断裂的基本形式和特征324.1 疲劳断裂的基本形式和特征421、切断疲劳失效切断疲劳初始裂纹是由切应力引起的。切应力引起疲劳初裂纹萌生的力学条件是：切应力缺口切断强度1；正应力缺口正断强度1。切断疲劳的特点是：疲劳裂纹起源处的应力应变场为平面应力状态；初裂纹的所在平面与应力轴约成45角，并沿其滑移面扩展。由于面心立方结构的单相金属材
3、料的切断强度一般略低于正断强度，而在单向压缩、拉伸及扭转条件下，最大切应力和最大正应力的比值（即软性系数）分别为2.0、0.5、0.8，所以对于这类材料，其零件的表层比较容易满足上述力学条件，因而多以切断形式破坏。例如铝、镍、铜及其合金的疲劳初裂纹，绝大多数以这种方式形成和扩展。低强度 性材料 的 及 零件、大应力 、 的 及较 的 度条件 于这种破坏形式的 生。4.1 疲劳断裂的基本形式和特征522、正断疲劳失效正断疲劳的初裂纹，是由正应力引起的。初裂纹 生的力学条件是：正应力缺口正断强度1，切应力缺口切断强度1。正断疲劳的特点是：疲劳裂纹起源处的应力应变场为平面应变状态；初裂纹所在平面大
4、上与应力轴相 ，裂纹沿 结 学平面 沿 结 学平面扩展。大多数的 金属构件的疲劳 是以种形式的。特别是心立方金属及其合金以这种形式破坏的所currency1比例大；上述力学条件在“件的裂纹处容易fi满足，fl 表面 比较 较的缺口、 、裂纹”应力 ，正断疲劳裂纹易在表面生强度、低 性的材料、大 面零件、 应力 、低的 及、低 条件 于正断疲劳裂纹的萌生与扩展。 4.1 疲劳断裂的基本形式和特征624.1.2 疲劳断裂失效的一般特征金属零件在 生的疲劳断裂 性、 度性及对种缺 的性”特点。引起疲劳断裂的应力一般 低，断口上 fi特 的、 断裂 及 的特 。 4.1 疲劳断裂的基本形式和特征721
5、、疲劳断裂的突发性疲劳断裂 疲劳裂纹的萌生、 扩展、 扩展 ，fl是由于断裂 的 性变形和其 ，所以断裂 强的性。即在拉伸条件下 大 性变形的 性材料，在 变应力 下 性的断裂特。因而断裂是 的。2、疲劳断裂应力很低应力 最大应为 值一般 低于材料的强度 和 。例如，对于转疲劳 ，107 应力 破断的应力 为应为的2040%；对于对称拉压疲劳 ，疲劳破坏的应力水平还要低一些。对于钢构件，在 设计 采的近似计算公式为：4.1 疲劳断裂的基本形式和特征4.0(1 b)6.0 )(285.01 bs 823、疲劳断裂是一个损伤积累的过程疲劳断裂 是立即生的，而往往 长的 间才完成的。疲劳初裂纹的萌生
6、与扩展是多 应力 损伤积累的结果。在 上通把“件上 生一条见的初裂纹的应力 周 （N0） N0与“件的总寿命Nf的比值（N0/ Nf） 为表材料疲劳裂纹萌生孕育期的参 。疲劳裂纹萌生的孕育期与应力 的大 、“件的形状及应力 状况、材料性质、 度与介质”因素 关。4、疲劳断裂对材料缺陷的敏感性金属的疲劳较 对材料的种缺 为的特点。因为疲劳断裂总是起源于裂纹处。这些裂纹 的是材料本身的冶金缺 ， 的是造 留下的， 的则是 生的。4.1 疲劳断裂的基本形式和特征92分材料的N0/ Nf值4.1 疲劳断裂的基本形式和特征材 料 “件形状 Nf（ ） 初始见裂纹长度（mm） N0/ Nf纯铜 光滑 21
7、06 2.0310-3 0.05纯铝 光滑 2105 510-4 0.10纯铝 切口（K t 2） 2106 410-4 0.0052024T3Al 光滑510411061.0110-11.0110-10.400.702024T4 切口（K t 2） 11053106 2.0310-21.010-2 0.050.077075T6 切口（K t 2） 11055103 7.6210-27.6210-2 0.400.204340 切口（K t 2） 21041103 310-37.6210-2 0.300.251025、疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性金属材料的疲劳断裂除取决于材料本身的性能外，还与零件运的境条件 密切的关系。对材料的 境条件 对材料的强度一定的影响，fl其影响度 如对材料疲劳强度的影响 著。大实验数据表 ，在 境下材料的疲劳 较在大气条件下低多，甚至就没 所 的疲劳 。4.1 疲劳断裂的基本形式和特征影 响 因 素 变 化 对N0/ Nf值影响的趋势应 力 增 降低应力 大 降低材料强度 增 升 材料 性 增 降低度 升 降低介质 强 降低因素对N0/ Nf值影响的趋势
