1疲劳与疲劳断裂疲劳与疲劳断裂2金属在循环载荷作用下，即使所受的应力低于屈服强度，也会发生断裂，这种现象称为疲劳。疲劳断裂，一般不发生明显的塑性变形，难以检测和预防，因而机件的疲劳断裂会造成很大的经济以至生命的损失。疲劳研究的主要目的：为防止机械和结构的疲劳失效。绪言3国际民航组织国际民航组织(ICAO)(ICAO)发表的发表的““涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出：涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出：8080年代以来，由金属疲劳断裂引起的机毁人亡重大事年代以来，由金属疲劳断裂引起的机毁人亡重大事故，平均每年故，平均每年100100次。次。((不包括中、苏不包括中、苏))疲劳断裂引起的空难达每年疲劳断裂引起的空难达每年100100次以次以上上工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破坏的工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破坏的50-90%50-90%，是机械、结构失效的最常见形式。，是机械、结构失效的最常见形式。因此，工程技术人员必须认真考虑可能的疲劳断裂问题。因此，工程技术人员必须认真考虑可能的疲劳断裂问题。4221.1疲劳断裂失效的基本形式机械零件疲劳断裂失效形式很多。按交变载荷的形式不同，可分为拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳、接触疲劳、振动疲劳等；按疲劳断裂的总周次的大小（Nf）可分为高周疲劳（Nf＞105）和低周疲劳（Nf＜104）；按零件服役的温度及介质条件可分为机械疲劳（常温、空气中的疲劳）、高温疲劳、低温疲劳、冷热疲劳及腐蚀疲劳等。但其基本形式只有两种，即由切应力引起的切断疲劳及由正应力引起的正断疲劳。其它形式的疲劳断裂，都是由这两种基本形式在不同条件下的复合。1疲劳断裂的基本形式和特征1疲劳断裂的基本形式和特征5221疲劳断裂的基本形式和特征1疲劳断裂的基本形式和特征6221、正断疲劳失效正断疲劳的初裂纹，是由正应力引起的。正断疲劳的特点是：初裂纹所在平面大致上与应力轴相垂直。大多数的工程金属构件的疲劳失效都是以此种形式进行的。特别是体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占比例更大；上述力学条件在试件的内部裂纹处容易得到满足，但当表面加工比较粗糙或具有较深的缺口、刀痕、蚀坑、微裂纹等应力集中现象时，正断疲劳裂纹也易在表面产生。高强度、低塑性的材料、大截面零件、小应力振幅、低的加载频率及腐蚀、低温条件均有利于正断疲劳裂纹的萌生与扩展。1疲劳断裂的基本形式和特征1疲劳断裂的基本形式和特征7222、切断疲劳失效切断疲劳初始裂纹是由切应力引起的。切断疲劳的特点是：初裂纹的所在平面与应力轴约成45º角，并沿其滑移面扩展。由于面心立方结构的单相金属材料的切断强度一般略低于正断强度，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。低强度高塑性材料制作的中小型及薄壁零件、大应力振幅、高的加载频率及较高的温度条件都将有利于这种破坏形式的产生。1疲劳断裂的基本形式和特征1疲劳断裂的基本形式和特征8221、疲劳断裂的突发性疲劳断裂虽然经过疲劳裂纹的萌生、亚临界扩展、失稳扩展三个元过程，但是由于断裂前无明显的塑性变形和其它明显征兆，所以断裂具有很强的突发性。即使在静拉伸条件下具有大量塑性变形的塑性材料，在交变应力作用下也会显示出宏观脆性的断裂特征。因而断裂是突然进行的。2、疲劳断裂应力很低循环应力中最大应为幅值一般远低于材料的强度极限和屈服极限。例如，对于旋转弯曲疲劳来说，经107次应力循环破断的应力仅为静弯曲应力的20～40%；对于对称拉压疲劳来说，疲劳破坏的应力水平还要更低一些。对于钢制构件，在工程设计中采用的近似计算公式为：1疲劳断裂的基本形式和特征1疲劳断裂的基本形式和特征4.0(1b)6.0～～)(285.01bs或1.2疲劳断裂失效的一般特征9223、疲劳断裂是一个损伤积累的过程疲劳断裂不是立即发生的，而往往经过很长的时间才完成的。疲劳初裂纹的萌生与扩展均是多次应力循环损伤积累的结果。在工程上通常把试件上产生一条可见的初裂纹的应力循环周次（N0）或将N0与试件的总寿...
