
【化】 fatigue crack; fatigue failure; fatigue fracture
疲劳断裂(Fatigue Fracture) 指材料在远低于其极限强度的循环应力(Cyclic Stress) 或交变载荷(Alternating Load) 长期作用下,经一定周期后发生的突然脆性断裂现象。其核心特征是渐进性损伤积累,最终导致无宏观塑性变形的失效。
三阶段发展过程
应力与寿命关系
遵循S-N曲线(应力-寿命曲线),即材料承受的应力幅值((Delta sigma))与失效循环次数((N_f))成反比。公式表示为:
$$ Delta sigma^m cdot N_f = C
$$
其中 (m) 和 (C) 为材料常数。
断口形貌标志
典型疲劳断口呈现:
疲劳断裂常见于航空航天、桥梁、机械轴类等承受动态载荷的部件。防护措施包括:
来源:
疲劳断裂是指在材料或结构中,由于长期承受交变应力或循环载荷作用,导致微观裂纹逐渐萌生、扩展,最终发生突然断裂的现象。以下是综合不同领域(以工程学为主)的详细解释:
工程学角度
疲劳断裂是材料在远低于其一次静力强度的循环应力作用下发生的失效形式。其特点是局部应力集中或材料缺陷处先产生裂纹,随后裂纹在载荷反复作用下扩展,直至剩余截面无法承受载荷而断裂。
医学角度
骨骼因长期重复应力(如高强度运动)导致的骨折,称为“疲劳骨折”或“压力性骨折”。
裂纹萌生
通常在材料表面缺陷(如划痕、夹杂物)或高应力区域(如结构突变处)产生微小裂纹。
裂纹扩展
裂纹在交变应力下逐步扩展,断口呈现“光滑区”(裂纹稳定扩展)和“粗糙区”(最终脆性断裂)的典型特征。
最终断裂
当裂纹扩展至临界尺寸时,材料剩余截面无法承受载荷,发生瞬时断裂。
疲劳极限
材料在特定条件下(纯弯曲、对称循环应力等)能承受$10$次循环而不断裂的最大应力值。常用S-N曲线(应力-寿命曲线)描述,数学表达式为:
$$
sigma^m N = C
$$
其中$sigma$为应力幅,$N$为循环次数,$m$和$C$为材料常数。
外部因素
工程防护措施
医学预防
避免骨骼长期重复负荷,如调整训练强度。
如需更专业资料,可参考材料力学教材或工程失效分析报告(来源:)。
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