
【化】 endurance crack
疲劳裂缝(fatigue crack)指材料在循环应力或应变作用下,因微观损伤累积而逐渐形成并扩展的裂缝。这种失效形式常见于承受交变载荷的机械部件或结构中,具有渐进性和隐蔽性。以下是详细解释:
术语定义
“疲劳裂缝”指材料局部区域在远低于其静态强度的循环应力作用下,经历裂纹萌生、稳定扩展直至失稳断裂的过程。其英文对应术语为"fatigue crack"(侧重裂纹形态)或"fatigue fracture"(侧重断裂结果)。
来源:中国机械工程学会《材料失效分析术语》
形成机理
材料在循环载荷下,应力集中部位(如缺口、缺陷)发生塑性变形,微观滑移带逐步发展为微裂纹。裂纹尖端在应力循环中持续张开闭合,导致扩展(参考疲劳裂纹扩展速率公式):
$$ frac{da}{dN} = C(Delta K)^m $$
其中 ( da/dN ) 为裂纹扩展速率,( Delta K ) 为应力强度因子幅值,( C ) 和 ( m ) 为材料常数。
来源:ASM International《金属手册:失效分析与预防》
典型形貌
断口可见“贝壳纹”(beach marks)或“辉纹”(striations),每条纹路对应一次载荷循环,是疲劳断裂的鉴别特征。
来源:美国材料试验协会(ASTM E1823)
扩展三阶段
来源:《工程材料疲劳设计手册》(高镇同著)
危害性
疲劳裂缝在无明显变形征兆下突然扩展,易引发灾难性事故(如飞机结构解体、桥梁坍塌)。
来源:美国联邦航空管理局(FAA)适航指南
检测方法
常用无损检测技术包括:
来源:国际标准化组织ISO 23277标准
权威参考来源:
疲劳裂缝(Fatigue Crack)是指材料在反复承受应力或应变作用下,逐渐形成并扩展的裂纹。这种现象常见于工程结构、机械部件等长期受交变载荷的场合,具有渐进性和隐蔽性特点。
低应力破坏
材料承受的应力通常远低于其静态抗拉强度,但经过多次循环载荷后仍会发生断裂。
裂纹萌生与扩展
断口特征
典型断口分为两个区域:疲劳裂纹扩展区(光滑、贝壳纹)和瞬断区(粗糙、放射状)。
主要类型
关键影响因素
总结来看,疲劳裂缝是材料在循环载荷下从微观损伤累积到宏观破坏的动态过程,其防控需综合考虑设计、材料选择及使用条件优化。
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