耐疲勞性

定義

疲勞是指在循環載入下，發生在材料某點處局部的、永久性的損傷遞增過程。經足夠的應力或應變循環後，損傷累計可使材料產生裂紋，或使裂紋進一步擴展至完全斷裂。出現可見裂紋或，或使裂紋進一步擴展至完全斷裂，而耐疲勞性是指承受疲勞的能力。

特徵

疲勞破壞是一種損傷累計的過程，因此它的力學特徵不同於靜力破壞。不同之處主要表現為：

1、在循環應力遠小於靜強度極限的情況下破壞就有可能發生，但不是立刻發生的，而要經歷一段時間，甚至很長時間。

2、疲勞破壞前，即使塑性材料（延性材料）有時也沒有顯著的殘餘變形。

破壞三個階段

1、微觀裂紋擴展階段

在循環載入下，由於物體內部微觀組織結構的不均勻性，在某些薄弱部位首先形成微觀裂紋，此後裂紋即沿著與主應力成45度角的最大剪下應力方向擴展。在此階段，裂紋長度大致在0.05毫米以內。若繼續載入，微觀裂紋就會發展成為巨觀裂紋。

2、巨觀裂紋擴展階段

裂紋基本上沿著與主應力垂直的方向擴展。藉助電子顯微鏡可在斷口表面觀察到此階段中每一應力循環所遺留的疲勞條帶。

3、瞬時斷裂階段

當裂紋擴大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時，物體就會在某一次載入下突然斷裂。

疲勞壽命

在循環載入下，產生疲勞破壞所需的應力和應變循環數成為疲勞壽命。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。工程裂紋指巨觀可見或可檢的裂紋，其長度無統一規定，一般在0.2--1毫米範圍內。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。

疲勞的分類

高疲勞循環

破壞循環次數高於10000--100000的疲勞，一般振動元件、傳動軸等疲勞屬此類。其特點作用在構件上的應力水平低，應力與應變成線性關係。

低疲勞循環

破壞循環次數低於10000--1000000的票咯，典型事例為壓力容器、燃氣輪機構件等。其特點作用於構件的應力水平比較較高，材料處於塑性狀態。

套用範疇

疲勞問題套用範疇極為廣泛。按材料性質及其工作環境劃分，除一般的金屬疲勞外，還包括非金屬疲勞、高溫疲勞、熱疲勞（由循環應力引起）、腐蝕疲勞、擦傷疲勞、聲疲勞（由噪聲引起）、衝擊疲勞、接觸疲勞等。

表征耐疲勞性

高循環疲勞的裂紋形成階段的耐疲勞性能常以S-N曲線表征，S為應力水平，N為疲勞壽命。S-N曲線需要通過試驗驗證測定，試驗採用小型標準件或實際構件。若採用小型標準構件，則試件裂紋擴展壽命較短，常以斷裂時的循環次數作為裂紋形成壽命。

表征低循環疲勞裂紋形成階段的疲勞性能的有

-N曲線（應變-壽命曲線）和循環應力-應變曲線，它們都是通過控制恆定的應變幅的試驗測定的，所以低循環疲勞又稱應變疲勞。