
【医】 fatigue curve
疲劳曲线(Fatigue Curve)是材料力学中的重要概念,对应英文术语为"fatigue curve"或"S-N curve"(应力-循环次数曲线),用于描述材料在重复载荷作用下的耐久特性。其核心定义可归纳为以下三个层面:
物理意义 通过实验测定材料承受的交变应力(σ)与导致失效的循环次数(N)之间的定量关系。典型曲线呈现双对数坐标系中的递减趋势,揭示材料抗疲劳性能随应力幅值降低而增强的规律。
工程应用 • 航空发动机叶片设计需依据钛合金的疲劳曲线确定安全应力范围 • 汽车悬挂系统设计中参考钢材的疲劳极限(endurance limit)值 • 桥梁焊缝寿命评估依据焊接接头的S-N曲线簇
关键参数 疲劳极限(σ_e)是曲线的水平渐近线,表示材料可承受无限次循环而不破坏的最大应力值。铸铁等材料具有明显疲劳极限,而铝合金等材料则表现为条件疲劳极限。
该术语在ASM International发布的《金属手册》(ASM Handbook Volume 19)和ASTM E466/E606标准中均有系统论述。工程实践中建议优先引用行业标准测试数据,如中国国标GB/T 3075《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》。
疲劳曲线是材料力学中描述材料在交变应力作用下疲劳性能的重要工具,以下为详细解释:
基本定义
疲劳曲线(又称S-N曲线)是反映材料所受交变应力(S)与疲劳寿命(N)之间关系的曲线。它通过实验绘制,横坐标通常为循环次数N,纵坐标为应力幅值σ。该曲线用于确定材料的疲劳极限和预测有限寿命下的承载能力。
历史背景
该概念由德国工程师维勒(Wöhler)于1860年提出,他在研究火车车轴断裂问题时首次系统阐述了疲劳曲线与疲劳极限,因此也被称为维勒曲线。
关键概念
数学表达式
有限寿命区的疲劳曲线常用幂函数公式表示:
$$
sigma^m cdot N = C
$$
其中σ为应力,m为材料常数(如45钢m=9),C为实验常数。
应用场景
该曲线被广泛应用于机械设计(如弹簧、车轴)、航空航天等领域,通过统计方法处理数据离散性,并结合损伤累积理论预测零件寿命。
可通过维勒曲线理解材料的耐久性边界,为工程安全设计提供依据。
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