金屬疲勞的案例
書籍－－金屬疲勞斷裂理論
疲勞方面的書籍
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橡膠疲勞≠金屬疲勞 第1部分：平均應(yīng)變效應(yīng)
橡膠和金屬的力學(xué)行為有非常大的差異，我們首先可以從平均應(yīng)變或應(yīng)力對材料疲勞性能影響的角度來分析這種差異。
圖1顯示了幾個典型的等幅應(yīng)變循環(huán)，每個循環(huán)都處于不同的平均應(yīng)變水平。在循環(huán)疲勞試驗中，如果施加的應(yīng)力幅度等于平均應(yīng)力，我們把這種情況稱為脈沖載荷循環(huán)或全松弛載荷循環(huán)。如果平均應(yīng)力為零，我們把這種情況稱為完全反轉(zhuǎn)的拉伸/壓縮加載循環(huán)。如果最小應(yīng)力總是正的，則稱為非全松弛載荷循環(huán)（即試樣總是處于加載狀態(tài)）。非全松弛載荷循環(huán)在應(yīng)用中很常見，例如：在安裝過程中對產(chǎn)品施加了預(yù)載荷；襯套在模壓過程中產(chǎn)生的壓縮預(yù)應(yīng)力、過盈配合、由于熱膨脹/收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；以及在輪胎中，簾線的形狀記憶效應(yīng)。
圖1. 在三種不同的平均應(yīng)變下的恒定振幅加載循環(huán)
在金屬疲勞分析方法中，通常以應(yīng)力幅度σa和平均應(yīng)力σm相對于屈服應(yīng)力σy和極限應(yīng)力σu的大小來定義應(yīng)力均值效應(yīng)對金屬材料疲勞行為的影響。如圖2所示。當(dāng)加載應(yīng)力處于疲勞閾值應(yīng)力σ0以下時，材料具有無限壽命。Haigh圖（或Goodman圖）（圖2左）將疲勞壽命繪制為這些變量的函數(shù)[1]。Wohler曲線（圖2右）提供了類似的信息。對于金屬材料，有一個普遍適用的簡單規(guī)則：增加平均應(yīng)變將降低疲勞壽命。通常還假設(shè)金屬的潛在疲勞開裂面垂直于最大主應(yīng)力方向。
圖2. 顯示平均應(yīng)變對金屬疲勞壽命影響的Haigh圖（左）和Wohler曲線（右）
橡膠材料與金屬材料有許多不同之處
1.在原子尺度上
At the atomic scale
橡膠由長鏈分子組成，這些分子經(jīng)歷恒定的熱運動，同時以永久的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互連接。這種結(jié)構(gòu)允許發(fā)生大的彈性/可逆應(yīng)變。而金屬則完全不同，它們以單個原子的形式存在于有序的晶體中，偶爾會出現(xiàn)位錯或晶格空位。
展開 金屬疲勞斷裂的特點
且沿一定的結(jié)晶學(xué)面生長，形成疲勞裂紋的核心-疲勞源。然后，裂紋立即沿滑移帶與應(yīng)力成45°角向金屬內(nèi)部伸展。從金屬表面材料滑移到裂紋成核，稱為疲勞過程的第一階段。
(二)疲勞擴展區(qū)
這一區(qū)域的形成是由疲勞源開始的。在疲勞源區(qū)，裂紋伸展到一定長度后，逐漸改變方向，最后與拉應(yīng)力成垂直。按非結(jié)晶學(xué)方式擴展，即進入裂紋擴展的第二個階段。這一階段裂紋擴展既有微觀擴展階段，也有宏觀擴展階段，它們的擴展性質(zhì)一致，只存在著量的差別。
在裂紋的第二個階段擴展中，又分為裂紋被包圍的彈性區(qū)內(nèi)擴展和裂紋在塑性區(qū)內(nèi)擴展。當(dāng)裂紋長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裂紋頂端塑性尺寸時。對于承受低循環(huán)、高載荷、高裂紋擴展速度的零構(gòu)件，屬于在塑性區(qū)內(nèi)的擴展。裂紋在第二個階段的擴展過程，是裂紋頂端附近金屬在剪應(yīng)力作用下，發(fā)生反復(fù)塑性變形過程。
(三)瞬時斷裂區(qū)
隨著疲勞裂紋的不斷擴展，使零構(gòu)件承受應(yīng)力的有效面積越來越小。當(dāng)其一應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的最大應(yīng)力大于材料的疲勞極限時。便產(chǎn)生瞬間斷裂，形成了疲勞斷裂區(qū)。對于塑性材料，其斷口呈纖維狀，暗灰色；對于脆性材料，其斷口呈結(jié)晶狀。
金屬疲勞斷裂的特點.pdf
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擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應(yīng)力模擬金屬疲勞問題
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應(yīng)力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環(huán)加載中的包辛格效應(yīng)
背應(yīng)力的演化遵循AF模型
并使用原始的PAN模型描述滑移系統(tǒng)的硬化行為
為了表征多晶的疲勞壽命，引入兩類疲勞指示因子分別為
一：累計塑性滑移
二：累計能量耗散
展開 
一天內(nèi)兩架波音飛機發(fā)動機爆炸，竟是因金屬疲勞，全球同型號飛機全部停飛！
金屬疲勞應(yīng)為事故誘因
當(dāng)?shù)貢r間2月22日，美國國家運輸安全委員會主席羅伯特·薩姆沃特表示，2月20日美聯(lián)航1架航班發(fā)動機風(fēng)扇葉片脫落，導(dǎo)致全球大范圍波音777飛機停飛。初步檢查顯示，造成這一事故的原因是金屬疲勞。調(diào)查人員已經(jīng)對脫落的PW4000發(fā)動機風(fēng)扇葉片進行了初步檢查，調(diào)查結(jié)果顯示，一條隨著時間的推移逐漸擴大的裂縫，最終導(dǎo)致了故障。
薩姆沃特說，美國國家運輸安全委員會的調(diào)查人員已經(jīng)開始審查維修記錄，與機組人員進行面談，并審查與其他故障可能存在的相似性。
這已經(jīng)不是波音777-200型客機第一次發(fā)生引擎事故。去年12月，日本航空公司一架波音777-200型客機在空中發(fā)生“引擎破損”。
據(jù)日本媒體當(dāng)時公布的乘客拍攝畫面顯示，飛機左側(cè)發(fā)動機的外罩相當(dāng)大一部分已經(jīng)脫落，露出一個大洞，里面的管線清晰可見。當(dāng)時機上載有178名乘客和11名機組人員。爬升期間，飛行員報告飛機出現(xiàn)故障。約30分鐘后，客機返航并緊急降落，所幸沒有造成人員傷亡。
兩個多月時間，型號相同的兩架波音777-200客機接連發(fā)生引擎事故，兩起事故是否有什么相似之處？中國航空學(xué)會《航空知識》主編王亞男認(rèn)為兩次同型號飛機發(fā)生事故模式非常相似。
△央視財經(jīng)《天下財經(jīng)》欄目視頻
金屬疲勞——指材料、零構(gòu)件在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。
展開 混凝土/水泥/建材/金屬疲勞試驗機技術(shù)
混凝土/水泥/建材/金屬疲勞試驗機技術(shù)
參考附件資料，歐洲實驗機技術(shù)資料
混凝土/水泥/建筑材料試驗機系列產(chǎn)品
參考ＷＷＷ．ＲＵＭＵＬ．ＣＨ
ＷＷＷ．ＷＡＬＴＥＲＢＡＩ．ＣＯＭ
中國聯(lián)系人?。蹋希兀希疲希溃伲粒龋希希茫希停茫?W B多功能動態(tài)（疲勞）材料測試系統(tǒng) (LFV)
LFV系列液壓伺服試驗機是一種通用型的、模塊式結(jié)構(gòu)的測試系統(tǒng)，可以用來和各種夾具、引伸計和不同的軟件以及各種附件進行組合，以滿足用戶的特殊要求。LFV家族有超過20種測量范圍的產(chǎn)品，測量范圍從0.2 kN 到 2000 kN以滿足以下領(lǐng)域的各種試驗、研究用途：
? 生物醫(yī)學(xué)和生物機械測試
? 復(fù)合材料測試
? 普通構(gòu)件的疲勞試驗測試
? 土和瀝青測試
? 塑料測試
? 人造橡膠測試
? 木材和紙張測試
? 混凝土測試
? 材料性能測試
? 土、瀝青、巖石三軸測試
所有的LFV成員都同時具備靜態(tài)和動態(tài)測試能力，可以進行一下各種測試項目：
? 靜態(tài)拉伸、壓縮、彎曲和剪切試驗
? 低頻疲勞試驗
? 高頻疲勞試驗
? 部件壽命試驗
通過適當(dāng)?shù)呐渲?，還用來確定以下的各種不同材料測試目的：
? 拉伸和最終強度
? 蠕變和粘彈性性能
? 彈性模量測試
? 泊松比
? 疲勞特征
? 磨損特征
? 斷裂韌度和斷裂力學(xué)
增加圍壓控制系統(tǒng)，可以完成各種材料的三軸試驗。
混凝土水泥管道試驗機.doc
展開 金屬構(gòu)件應(yīng)用疲勞損傷力學(xué)_電子書
金屬構(gòu)件應(yīng)用疲勞損傷力學(xué)_電子書 2.rar
金屬構(gòu)件應(yīng)用疲勞損傷力學(xué)_電子書 1.rar
書籍－－金屬材料的腐蝕疲勞
希望對朋友們有幫助啊
金屬材料的腐蝕疲勞.part1.rar
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GBT 6398-1986 金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法
GB T 6398-1986 金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-12-18 21:39:53被mgh_nx評為5星級，為發(fā)貼者加分100。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font><br/><br/><b>附件地址：</b><a href="http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=8093" target="_blank"><b>http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=8093</b></a>
展開 《Nature》金屬所：金屬疲勞領(lǐng)域取得突破性進展！
疲勞通常指反復(fù)施加循環(huán)載荷(遠(yuǎn)小于材料的屈服應(yīng)力極限)而引起的一種材料弱化過程。實際服役過程中約90%金屬構(gòu)件的失效均由疲勞斷裂引起，其原因是材料在循環(huán)加載過程中微觀結(jié)構(gòu)不斷變化、遭受嚴(yán)重且不可逆轉(zhuǎn)的累積損傷，從而導(dǎo)致材料循環(huán)硬化或軟化直至最終失效。金屬材料的非穩(wěn)定循環(huán)響應(yīng)及疲勞壽命強烈依賴于其疲勞歷史，實際復(fù)雜循環(huán)載荷服役條件下金屬構(gòu)件的疲勞失效和壽命預(yù)測更加困難。因此，抗疲勞損傷材料發(fā)展的重大瓶頸問題就是如何減小或抑制循環(huán)變形過程中微觀結(jié)構(gòu)局域化和不可逆損傷。
最近，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室盧磊研究員研究組和美國布朗大學(xué)高華健教授研究組合作在這一領(lǐng)域取得了突破性進展。他們發(fā)現(xiàn)具有晶體學(xué)對稱結(jié)構(gòu)的納米孿晶金屬不但具有循環(huán)穩(wěn)定響應(yīng)而且疲勞累計損傷非常有限。這種具有獨特的穩(wěn)定循環(huán)響應(yīng)特征和有限累計損傷的納米結(jié)構(gòu)為發(fā)展抗疲勞損傷的高性能工程金屬材料提供了新思路。該成果發(fā)表在《Nature》（2017年10月30日在線）。
論文鏈接：
https://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature24266.pdf
研究人員利用直流電解沉積技術(shù)成功制備了塊體擇優(yōu)取向納米孿晶純銅樣品。通過傳統(tǒng)拉-壓變幅應(yīng)變控制疲勞實驗研究了該樣品的相關(guān)循環(huán)應(yīng)力響應(yīng), 發(fā)現(xiàn)在恒定應(yīng)變幅下，其應(yīng)力響應(yīng)迅速穩(wěn)定（既不硬化也不軟化）；尤為重要的是，當(dāng)應(yīng)變幅階梯式遞進增加以及隨后階梯式遞進減小時，該樣品的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)完全可逆，即當(dāng)應(yīng)變幅恒定時，應(yīng)力和應(yīng)變具有一一對應(yīng)關(guān)系，且循環(huán)滯后環(huán)完全重合（圖1）。
圖1. 納米孿晶Cu與歷史無關(guān)的穩(wěn)定循環(huán)響應(yīng)行為。
展開 橡膠疲勞仿真中的三大挑戰(zhàn)與解決思路
在工程實踐中，橡膠部件的疲勞壽命預(yù)測常常面臨諸多挑戰(zhàn)。與金屬材料相比，橡膠表現(xiàn)出獨特的力學(xué)行為和失效機理，這使得傳統(tǒng)的疲勞分析方法往往難以直接應(yīng)用。基于我們此前的系列研究，現(xiàn)將橡膠疲勞仿真中的三個關(guān)鍵問題重新梳理，為工程實踐提供參考。
挑戰(zhàn)一
平均應(yīng)力效應(yīng)的準(zhǔn)確評估
01
PART
在金屬疲勞分析中，拉伸平均應(yīng)力通常會對材料壽命產(chǎn)生不利影響。然而，橡膠材料的響應(yīng)則更為復(fù)雜：對于能夠發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶的橡膠，適當(dāng)?shù)钠骄鞈?yīng)變反而可能顯著延長其疲勞壽命，提升幅度可達(dá)幾個數(shù)量級；而對于非結(jié)晶橡膠，平均應(yīng)變的影響則與金屬類似，表現(xiàn)為導(dǎo)致產(chǎn)品壽命的降低。
分析方法建議：
需要采用臨界平面分析方法，結(jié)合材料的應(yīng)變結(jié)晶特性評估，對各個潛在裂紋面的壽命進行獨立計算。這種方法能夠更準(zhǔn)確地描述平均應(yīng)變在橡膠疲勞中的復(fù)雜作用機制。
延伸閱讀：
橡膠疲勞 ≠ 金屬疲勞：平均應(yīng)變效應(yīng)
挑戰(zhàn)二
非線性響應(yīng)的處理
02
PART
金屬疲勞分析中廣泛采用的線性疊加方法，在處理橡膠材料時面臨根本性挑戰(zhàn)。橡膠在使用中常伴有顯著的非線性材料行、大變形運動和非線性接觸，這使得復(fù)雜載荷譜對應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)無法通過簡單縮放單位載荷結(jié)果來合成。
解決途徑：
采用載荷空間離散化和插值方法，通過預(yù)計算一組有限元解，建立載荷與響應(yīng)之間的非線性映射關(guān)系，從而實現(xiàn)對復(fù)雜載荷歷程的高效分析。這種方法在保證計算精度的同時，能夠顯著減少必要的有限元仿真計算量，提升分析效率。
展開 
硬質(zhì)涂層-金屬基體的疲勞裂紋萌生
然而，大量的實驗表明，硬質(zhì)涂層在不同程度上降低了金屬基體的疲勞壽命，極大地限制了涂層的應(yīng)用。一般來說，疲勞裂紋萌生階段占整個疲勞壽命的
90%
以上，是承載結(jié)構(gòu)疲勞破壞的主要階段。因此，研究硬質(zhì)涂層如何影響韌性金屬基體的疲勞裂紋萌生機制，進而建立理論來緩解甚至消除這種現(xiàn)象是非常必要的。
目前，硬質(zhì)涂層對金屬基體疲勞性能不利影響的機理主要基于“缺口效應(yīng)”模型。涂層一旦斷裂會在基體界面附近引起附加應(yīng)力集中，不可避免地加速疲勞裂紋的萌生過程。根據(jù)該模型，涂層斷裂不會改變疲勞裂紋源的位置，只是促進了疲勞裂紋萌生過程，沒有改變疲勞裂紋萌生機制。
然而，基于該模型的一些實驗現(xiàn)象卻難以解釋。
首先，
涂層開裂引起基體疲勞斷口形貌的變化。例如，對于從基體內(nèi)部萌生的疲勞裂紋萌生源，涂層開裂導(dǎo)致疲勞裂紋萌生源位置由內(nèi)部向表面轉(zhuǎn)變，這被認(rèn)為是加速基體疲勞失效的關(guān)鍵。這表明涂層開裂改變了疲勞裂紋萌生機制。
展開 第二十屆全國反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)會議在武漢召開
“數(shù)字反應(yīng)堆給結(jié)構(gòu)力學(xué)帶來的挑戰(zhàn)和機遇——401院楊紅義主任”，提出了數(shù)字化是核電未來發(fā)展方向的觀念； “核電廠在役技術(shù)服務(wù)中的若干力學(xué)問題——中廣核工程公司段遠(yuǎn)剛所長”，探討了在役核電廠所遇到的結(jié)構(gòu)力學(xué)問題及解決思路； “高溫氣冷堆石墨堆內(nèi)構(gòu)件動力學(xué)響應(yīng)及結(jié)構(gòu)完整性研究——清華大學(xué)孫立斌教授”，介紹了高溫氣冷堆的研究進展，分享了堆內(nèi)構(gòu)件的理論計算和試驗的最新研究成果； “核電廠金屬疲勞管理方法探討——105所陳銀強副主任”，介紹了國內(nèi)外核電廠金屬疲勞的研究進展，提出了我國核電廠金屬疲勞面臨的問題，呼吁行業(yè)成員單位成果共享，共同應(yīng)對金屬疲勞管理。
大會閉幕式上，反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)專家委員會對13篇優(yōu)秀論文進行了表彰獎勵，并決定下一屆全國反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)會議將于2020年由中國原子能科學(xué)研究院承辦。
展開 一招搞定金屬材料表面完整性！再也不用擔(dān)心零件疲勞失效了
金屬材料的疲勞、應(yīng)力腐蝕、高溫氧化等力學(xué)、物理和化學(xué)性能，很大程度上取決于材料的表面完整性。所謂表面完整性是指表面粗糙度、表層殘余應(yīng)力、表層顯微組織、表層致密度和表面形貌等狀態(tài)的完好程度。大量的航空零件失效分析表明，屬于疲勞失效的零件約占80%，而材料的表面完整性是影響材料疲勞性能的重要因素之一。
噴丸強化技術(shù)是一種材料表面機械冷加工方法，借助高速運動彈丸流或高能沖擊波撞擊材料的表面，使材料表層發(fā)生彈塑性變形，呈現(xiàn)較好的表面完整性，從而提高材料的抗疲勞強度、微動疲勞抗力及損傷容限性能的一種表面強化方法。
在航空工業(yè)中，航空零件的表面完整性直接影響其使用性能和服役能力，特別是零件的疲勞使用性能。噴丸強化技術(shù)通過改變材料表面完整性顯著提高各類航空零部件的疲勞性能，且具有成本低、適應(yīng)性強和操作方便等優(yōu)點，在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
表層殘余應(yīng)力
噴丸強化在材料表層引入殘余應(yīng)力場，其中靠近受噴材料表面一側(cè)呈現(xiàn)為殘余壓應(yīng)力，板材單面噴丸強化后的表層殘余應(yīng)力分布特征曲線如圖1 所示。普遍認(rèn)為殘余壓應(yīng)力是提高工程材料抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的重要強化機制，而且殘余壓應(yīng)力值大小、壓應(yīng)力層深度對工件疲勞強度或壽命影響顯著。因此，如何實現(xiàn)殘余應(yīng)力分布特征的調(diào)控是該領(lǐng)域重要研究內(nèi)容之一。
殘余應(yīng)力分布特征曲線包括5個主要特征參數(shù)：表面殘余應(yīng)力值、殘余壓應(yīng)力深度、最大殘余壓應(yīng)力及其位置、最大殘余拉應(yīng)力。彈丸撞擊材料表面時，通常與材料表面產(chǎn)生近似的赫茲接觸，形成的最大彈性應(yīng)力出現(xiàn)在材料次表面，所以通常噴丸強化最大殘余壓應(yīng)力位于次表面。在某些情況下，殘余應(yīng)力分布特征發(fā)生變化，例如噴丸強化采用低密度的玻璃彈丸介質(zhì)時，由于入射動能小，其噴丸強化鈦合金和鋁合金的最大殘余壓應(yīng)力值出現(xiàn)在表面。
展開 30歲的你正值壯年，但同齡的飛機已垂垂老矣
應(yīng)力集中和金屬疲勞這對臥龍鳳雛的結(jié)合有多可怕，英國人曾經(jīng)見識過：《彗星客機的恐怖三連摔》
希望這篇文章能讓你不走彗星客機的老路，無論是設(shè)計還是買飛機，都不會掉進金屬疲勞的坑。
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