在机械制造、航空航天、轨道交通等领域，材料的疲劳失效是导致工程结构突发破坏的主要原因之一。据统计，80%以上的机械断裂事故与材料疲劳有关。作为专注力学测试的第三方实验室，武汉武测检测技术有限公司带您深入解析材料疲劳的奥秘，助力企业预判风险、优化设计！

认识材料疲劳

疲劳是指材料在承受交变应力、应变作用下，经过一定循环次数后，发生局部永久性损伤积累，最终导致裂纹产生并扩展，直至失效破坏的现象。与静态载荷下的一次性断裂不同，疲劳破坏是在远低于材料静态强度极限的循环应力作用下，逐步发展形成的。例如桥梁在车辆日复一日的反复碾压下，航空发动机叶片在长期高速旋转产生的交变应力下，都可能出现材料和结构疲劳。这种疲劳破坏在初期往往难以察觉，从微观裂纹开始，随着循环次数增加逐渐发展为宏观裂纹，最终导致结构失效。

疲劳三阶段

材料疲劳时一般会有裂纹产生，裂纹主要有三个阶段：

1）裂纹萌生，裂纹萌生是指材料在多次循环载荷作用下，在微观状态下发生损伤；

2）裂纹稳定扩展，多数情况下，当萌生裂纹产生后，在持续的疲劳作用下，裂纹会逐步扩展；

3）裂纹无法继续承受峰值载荷的作用，断裂发生。

裂纹的三个阶段

疲劳的分类

根据循环周次可分为：

疲劳S-N曲线：寿命预测的“黄金标准”

对于疲劳的预测较为经典的就是S-N曲线，N代表材料失效前所经历的的循环次数（寿命），S表示疲劳作用，一般由指定的应力水平和应力比确定。若两坐标都取log10，则曲线大致呈直线。S-N曲线后半段有水平段，这表示存在疲劳极限，即当材料所受疲劳作用低于某一阈值（条件疲劳极限）时，材料的疲劳寿命会超过指定的较大的循环次数。

S-N曲线

疲劳极限的影响因素

1）材料本身

• 成分与微观结构（晶粒尺寸、夹杂物）；

• 热处理工艺（淬火、回火提高疲劳极限）。

2）应力条件

• 应力水平（确定平均应力值）；

• 应力比（确定应力幅值）。

3）环境因素

• 腐蚀环境（腐蚀疲劳加速失效）；

• 温度（温度变化影响材料的力学性能）。

4）加工工艺

• 表面处理：喷丸、滚压、渗氮、渗碳等工艺，可显著提高疲劳极限；

• 表面缺陷：会加快裂纹萌生，降低疲劳寿命；

• 应力集中：零件的几何形状突变（如圆角、孔、凹槽等）会导致应力集中，从而降低疲劳极限。

  
  

武测：为材料疲劳性能保驾护航

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