1、疲勞的定義

材料在變動載荷和應變的長期作用下，因累積損傷而引起的斷裂現象，稱為疲勞。

2、變動載荷指大小或方向隨著時間變化的載荷。

變動應力：變動載荷在單位面積上的平均值

分為：規則周期變動應力和無規則隨機變動應力

3、循環載荷（應力）的表征

①最大循環應力：σmax

②最小循環應力：σmin

③平均應力： σm=（σmax +σmin）/2

④應力幅σa或應力范圍Δσ：Δσ=σmax-σmin  σa=Δσ/2=（σmax-σmin）/2

⑤應力比（或稱循環應力特征系數）： r= σmin/σmax

4、循環應力分類

按平均應力、應力幅、應力比的不同，循環應力分為

① 對稱循環σm=（σmax + σmin）/2=0     r=-1

屬于此類的有：大多數旋轉軸類零件。

② 不對稱循環

σm≠0

如：發動機連桿、螺栓

（a）σa> σm>0，-1<r<0

（b）σa> 0，σm<0，r<-1

③ 脈動循環

σm=σa>0，r=0（σmin=0）如：齒輪的齒根、壓力容器。

σm=σa<0，r=∞（σmax=0）如：軸承（壓應力）

④ 波動循環

σm> σa  0<r<1   σmin>0   如：發動機氣缸蓋、螺栓。

⑤ 隨機變動應力

應力大小、方向隨機變化，無規律性。  如：汽車、飛機零件、輪船。

二、疲勞破壞的特點

在變動載荷作用下，材料薄弱區域，逐漸發生損傷，損傷累積到一定程度→產生裂紋，裂紋不斷擴展→失穩斷裂。

特點：從局部區域開始的損傷，不斷累積，最終引起整體破壞。

1、潛藏的突發性破壞，脆性斷裂（即使是塑性材料）。

2、屬低應力循環延時斷裂（滯后斷裂）。

3、對缺陷十分敏感（可加速疲勞進程）。

三、疲勞破壞的分類

1、按應力狀態：    

彎曲疲勞

扭轉疲勞

拉壓疲勞

接觸疲勞

復合疲勞

2、按應力大小和斷裂壽命

N>105，б<бs     高周疲勞→低應力疲勞

N=102～105，б≥бs     低周疲勞→高應力疲勞

四、疲勞破壞的表征—疲勞壽命

疲勞壽命：材料疲勞失效前的工作時間，即循環次數N。

疲勞曲線: 應力б↑，N↓

五、疲勞斷口的宏觀特征

典型疲勞斷口具有3個特征區：疲勞源  疲勞裂紋擴展區  瞬斷區

1、疲勞源

疲勞裂紋萌生區，多出現在零件表面，與 加工刀痕、缺口、裂紋、蝕坑等相連。

     特征：光亮，因為疲勞源區裂紋表面受反復擠壓、摩擦次數多。

疲勞源可以是一個，也可以有多個。如：單向彎曲，只有一個疲勞源；雙向彎曲，可出現兩個疲勞源。

2、疲勞裂紋擴展區（亞臨界擴展區）

特征：斷口較光滑并分布有貝紋線或裂紋擴展臺階。

貝紋線是疲勞區最典型的特征，是一簇以疲勞源為圓心的平行弧線，凹側指向疲勞源，凸側指向裂紋擴展方向，近疲勞源區貝紋線較細密（裂紋擴展較慢），遠疲勞源區貝紋線較稀疏、粗糙（裂紋擴展較快）。

貝紋線（海灘花樣）

貝紋線區的大小取決于過載程度及材料的韌性，高名義應力或材料韌性較差時，貝紋線區不明顯；反之，低名義應力或高韌性材料，貝紋線粗且明顯，范圍大。

名義載荷

根據額定功率用力學公式計算出作用在零件上的載荷。即機器平穩工作條件下作用于零件上的載荷。

計算載荷=載荷系數*名義載荷

3、瞬斷區

裂紋失穩擴展形成的區域

斷口特征：

斷口粗糙，脆性材料斷口呈結晶狀；韌性材料斷口在心部平面應變區呈放射狀或人字紋狀；表面平面應力區則有剪切唇區存在。

瞬斷區一般在疲勞源對側

瞬斷區大小與名義應力、材料性質有關

高名義應力或脆性材料，瞬斷區大；反之，瞬斷區小。