材料在變動的應力或應變重復作用下發生破壞，稱為疲勞破壞或疲勞失效。疲勞破壞是材料最常見的失效方式，約占機件總失效方式的50%-90%。疲勞裂紋是由反復施加的載荷引起的，若施加的載荷太小，則不會導致失效。疲勞裂紋通常從部件表面開始，這是裂紋萌生。然后，裂紋可能沿垂直于正應力的方向擴展。這是裂紋擴展。最后部件可能會斷裂。

下圖展示了疲勞斷裂的三個階段：

圖1 疲勞斷裂的三個階段

機件疲勞失效前的工作時間稱為疲勞壽命。疲勞斷裂與靜態作用下的斷裂有所不同，無論何種材料，疲勞斷裂都是突然發生的，事先并無明顯的塑性變形，因此很難事先察覺，具有極大的危險性。所以對材料疲勞壽命的研究就變得尤為重要。

現有疲勞測試標準中大部分都是關于金屬疲勞試驗的標準，針對塑料疲勞測試的標準很少，所以很多金屬的試驗方法步驟被用于塑料試驗，但是使用時必須小心，因為金屬是低阻尼、高熱傳導的材料，而塑料是粘彈性、低熱傳導的材料。

據文獻報道，在測試過程中加載頻率，應變速率，應力比，波形等是影響疲勞壽命的主要因素。對于塑料而言，加載頻率對于疲勞壽命的影響至關重要，過高會影響試驗結果，過低則明顯地使試驗周期延長，因此國高材分析測試中心，對加載頻率與疲勞壽命的影響規律展開了研究。

樣品按照標準要求注塑成測試樣條。具體尺寸為ISO 527 1A型拉伸樣條。

試驗樣條疲勞壽命測試中

試驗依據相應標準進行，具體條件見表1。

表1 試驗條件

疲勞根據施加應力的大小和斷裂時已循環周次的高低，結構件的疲勞分為高周疲勞和低周疲勞。一般而言，斷裂時已循環周次小于5*104周次的疲勞稱為低周疲勞，低周疲勞的疲勞壽命較短，斷裂應力水平較高；而斷裂時已循環周次高于5*104周次的疲勞稱為高周疲勞，高周疲勞的疲勞壽命較長，斷裂應力水平較低。

本研究中，低周疲勞的應力我們選擇的是69MPa，高周疲勞的應力我們選擇的是46MPa。

加載頻率與低周疲勞壽命的結果見表2。

表2 試驗條件

由表2可知，低周疲勞下試樣溫升隨頻率的增加而增加，而材料循環次數隨試樣溫升的增加而降低，循環次數隨頻率的增加而降低。這是由于塑料為粘彈性材料，具有較大面積的應力滯后性，所以在循環過程中部分機械能轉化為熱能，使導熱性差的試樣本身溫度急劇上升，甚至高于熔點或玻璃化轉變溫度，從而產生熱疲勞，而熱疲勞常是聚合物疲勞失效的主要原因。另外在低頻率下，試樣溫度升高可通過熱傳遞與環境溫度達到熱平衡；而高頻率下，由于塑料的不良導熱性，致使內部溫度升高不能及時傳遞，熱能的積累促進了熱老化的進程和熱降解，必然降低循環次數。

加載頻率與高周疲勞壽命的結果見表3。

表3 試驗條件

由表3可知，高周疲勞下試樣溫升與頻率的關系，材料循環次數與試樣溫升的關系，材料循環次數與頻率的關系與低周疲勞的規律是一致的。但是頻率對高周疲勞的疲勞壽命的影響要明顯高于低周疲勞。高周疲勞的疲勞壽命隨頻率的增加降低很明顯，數據間偏離的很嚴重。這是由于高周疲勞的應力低，低頻率下，循環速率慢，試樣溫度升高有足夠的時間通過熱傳遞與環境溫度來達到熱平衡，這也是為什么高周疲勞下試樣的溫升沒低周疲勞試樣的溫升那么明顯的原因。另外，低周頻率熱疲勞產生的熱量有時間傳遞，有時這部分熱量可以用來修補高分子的微結構損傷，使材料結構更縝密，反而提高材料的疲勞性能。

由表2和表3可知，頻率對低周疲勞的影響要明顯高于對高周疲勞的影響，頻率的差異對低周疲勞的疲勞壽命影響還保留在一個數量級上，而對于高周疲勞的疲勞壽命的影響已經不是在一個數量級上的了。筆者認為這是由于低周疲勞的應力較大，導致材料很短時間就失效，試驗過程中產生的熱能由于試驗時間短來不及傳遞；而高周疲勞由于應力比較小，材料失效的時間相對會長一些，試驗過程中產生的熱能由于試驗時間長可以通過熱傳遞與環境溫度來達到熱平衡。

加載頻率對塑料疲勞壽命的影響：

1. 試樣溫升隨頻率的增加而增加，而材料循環次數隨試樣溫升的增加而降低，循環次數隨頻率的增加而降低；

2. 頻率對高周疲勞的影響要高于對低周疲勞的影響；

3. 頻率導致試樣發熱的問題，筆者認為可以通過以下一些方法進行改善：

1） 減少樣品尺寸，將樣品制備的薄一些，有利于散熱，較厚試樣的滯后熱積累較多，會降低疲勞壽命。

2）用空氣或者液體冷卻劑連續流過試樣以進行人工冷卻。但液體冷卻劑不應產生如腐蝕、溶解。

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