
【化】 low-cycle fatigue
hang down; low; lowness
【医】 hyp-; hypo-
cycle; recur; circle; rotate; circulation; repetition; revolution
【计】 DO-loop; for-loop; loop; unwinding
【化】 recirculate
【医】 circuIation; cycle
【经】 cycle; revolving; rotation
fatigue; prostration; tire; tiredness; wear out; weariness
【化】 fatigue
【医】 defatigation; fatigue
低循环疲劳(Low Cycle Fatigue, LCF)是材料在塑性应变主导下,因反复加载和卸载导致的结构失效现象,其特点为循环次数通常在10⁴次以内。这一概念在航空航天、核能设备等承受高应力低频率载荷的工程领域尤为重要。
从汉英词典角度解析,"低循环"对应"low cycle",指较少的应力循环次数;"疲劳"对应"fatigue",特指材料在交变载荷下的性能退化过程。美国材料试验协会(ASTM E606)将LCF定义为:当材料在超过弹性极限的应变范围内循环时,因累积损伤引发的断裂现象。
其失效机制涉及三个阶段:裂纹萌生(微观滑移带形成)、裂纹扩展(穿晶或沿晶扩展)和最终断裂。NASA技术报告(NASA/TM-2018-219725)指出,LCF寿命预测模型通常基于Coffin-Manson公式: $$ Delta varepsilon_p cdot N_f^alpha = C $$ 其中$Delta varepsilon_p$为塑性应变幅,$N_f$为失效循环次数,$alpha$和$C$为材料常数。
影响因素包括材料晶体结构(如面心立方金属更耐LCF)、环境温度(高温加速氧化损伤)、加载波形(三角波比方波更严苛)。剑桥大学材料系研究显示,镍基超合金在800℃下的LCF寿命比室温下降达60%。
工程实践中,LCF测试遵循ISO 12106:2017标准,采用应变控制模式,通过滞后环测量循环软化/硬化特性。美国能源部推荐,核电站压力容器需每10年进行LCF损伤评估。
低循环疲劳(低周疲劳)是材料或结构在高应力、低循环次数下发生的疲劳失效现象,其核心特征和解释如下:
常见于承受间歇性高载荷的工程部件,例如:
对比项 | 低循环疲劳 | 高循环疲劳 |
---|---|---|
应力水平 | 高(接近屈服强度) | 低(弹性变形为主) |
失效机理 | 塑性应变累积主导 | 弹性应变主导 |
设计关注点 | 应变-寿命曲线(ε-N曲线) | 应力-寿命曲线(S-N曲线) |
典型循环次数范围 | $10$~$10$次 | $>10$次 |
(综合)
通过低周反复加载试验模拟实际工况,施加高载荷直至试样断裂,用于评估材料的抗疲劳性能。
如需更详细数据(如具体材料的S-N曲线),可参考工程手册或专业文献。
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