
【化】 endurance crack
疲勞裂縫(fatigue crack)指材料在循環應力或應變作用下,因微觀損傷累積而逐漸形成并擴展的裂縫。這種失效形式常見于承受交變載荷的機械部件或結構中,具有漸進性和隱蔽性。以下是詳細解釋:
術語定義
“疲勞裂縫”指材料局部區域在遠低于其靜态強度的循環應力作用下,經曆裂紋萌生、穩定擴展直至失穩斷裂的過程。其英文對應術語為"fatigue crack"(側重裂紋形态)或"fatigue fracture"(側重斷裂結果)。
來源:中國機械工程學會《材料失效分析術語》
形成機理
材料在循環載荷下,應力集中部位(如缺口、缺陷)發生塑性變形,微觀滑移帶逐步發展為微裂紋。裂紋尖端在應力循環中持續張開閉合,導緻擴展(參考疲勞裂紋擴展速率公式):
$$ frac{da}{dN} = C(Delta K)^m $$
其中 ( da/dN ) 為裂紋擴展速率,( Delta K ) 為應力強度因子幅值,( C ) 和 ( m ) 為材料常數。
來源:ASM International《金屬手冊:失效分析與預防》
典型形貌
斷口可見“貝殼紋”(beach marks)或“輝紋”(striations),每條紋路對應一次載荷循環,是疲勞斷裂的鑒别特征。
來源:美國材料試驗協會(ASTM E1823)
擴展三階段
來源:《工程材料疲勞設計手冊》(高鎮同著)
危害性
疲勞裂縫在無明顯變形征兆下突然擴展,易引發災難性事故(如飛機結構解體、橋梁坍塌)。
來源:美國聯邦航空管理局(FAA)適航指南
檢測方法
常用無損檢測技術包括:
來源:國際标準化組織ISO 23277标準
權威參考來源:
疲勞裂縫(Fatigue Crack)是指材料在反複承受應力或應變作用下,逐漸形成并擴展的裂紋。這種現象常見于工程結構、機械部件等長期受交變載荷的場合,具有漸進性和隱蔽性特點。
低應力破壞
材料承受的應力通常遠低于其靜态抗拉強度,但經過多次循環載荷後仍會發生斷裂。
裂紋萌生與擴展
斷口特征
典型斷口分為兩個區域:疲勞裂紋擴展區(光滑、貝殼紋)和瞬斷區(粗糙、放射狀)。
主要類型
關鍵影響因素
總結來看,疲勞裂縫是材料在循環載荷下從微觀損傷累積到宏觀破壞的動态過程,其防控需綜合考慮設計、材料選擇及使用條件優化。
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