材料疲劳失效，常见的失效形式之一

材料疲劳是一种结构在循环载荷作用下出现失效的现象，疲劳是造成机械结构失效最常见的原因之一，几乎涵盖汽车、铁路、航空航天、能源、制造等各个工业领域。

一、疲劳的定义

材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。

二、疲劳破坏的过程

零部件在反复载荷作用下导致最终失效的过程，可以分为三个阶段：

1、裂纹形成阶段

在交变应力作用下，最高应力区金属晶体滑移带开裂成微观裂纹，形成疲劳源区。

2、裂纹扩展阶段

在交变应力作用下，裂纹尖端因应力集中而逐渐扩展，裂纹两面不断研磨形成光滑区，即裂纹扩展区。

3、瞬时断裂阶段

随着裂纹的不断扩展，截面削弱直至强度不足而突然断裂，形成断口的粗糙区，塑性材料表现为纤维状，脆性材料表现为结晶状。

三、疲劳断裂的特点

1、具有寿命的低应力循环延时断裂

疲劳断裂应力水平往往低于抗拉强度甚至屈服强度

疲劳寿命随应力水平不同而变化

应力低于某一临界值时，材料可无限循环而不破坏

2、低应力脆性断裂

突然断裂，没有明显塑性变形，无法预测

应力很低，呈脆性断裂特征

3、对缺口、裂纹和组织缺陷很敏感

四、疲劳的类别

按应力状态分为

弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、复合疲劳

按环境状态分为

大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、接触疲劳

按断裂寿命

高周疲劳、低周疲劳

五、疲劳分析的意义

材料的疲劳分析是预测材料寿命、优化材料性能、避免材料失效的重要手段。
1、预测材料寿命

根据疲劳分析数据，可以预测材料在实际工作中的使用寿命，从而为工程设计和材料选用提供参考。

2、优化材料性能

疲劳分析数据可以帮助工程师评估不同材料的性能，进而确定最佳材料的选择和使用条件，提高材料的耐疲劳性能和使用寿命。

3、避免材料失效

疲劳分析数据可以帮助工程师评估材料的疲劳强度和耐久性，从而避免材料在使用过程中出现疲劳失效。避免机械设备的损坏和事故的发生。