
【醫】 fatigue curve
疲勞曲線(Fatigue Curve)是材料力學中的重要概念,對應英文術語為"fatigue curve"或"S-N curve"(應力-循環次數曲線),用于描述材料在重複載荷作用下的耐久特性。其核心定義可歸納為以下三個層面:
物理意義 通過實驗測定材料承受的交變應力(σ)與導緻失效的循環次數(N)之間的定量關系。典型曲線呈現雙對數坐标系中的遞減趨勢,揭示材料抗疲勞性能隨應力幅值降低而增強的規律。
工程應用 • 航空發動機葉片設計需依據钛合金的疲勞曲線确定安全應力範圍 • 汽車懸挂系統設計中參考鋼材的疲勞極限(endurance limit)值 • 橋梁焊縫壽命評估依據焊接接頭的S-N曲線簇
關鍵參數 疲勞極限(σ_e)是曲線的水平漸近線,表示材料可承受無限次循環而不破壞的最大應力值。鑄鐵等材料具有明顯疲勞極限,而鋁合金等材料則表現為條件疲勞極限。
該術語在ASM International發布的《金屬手冊》(ASM Handbook Volume 19)和ASTM E466/E606标準中均有系統論述。工程實踐中建議優先引用行業标準測試數據,如中國國标GB/T 3075《金屬材料疲勞試驗軸向力控制方法》。
疲勞曲線是材料力學中描述材料在交變應力作用下疲勞性能的重要工具,以下為詳細解釋:
基本定義
疲勞曲線(又稱S-N曲線)是反映材料所受交變應力(S)與疲勞壽命(N)之間關系的曲線。它通過實驗繪制,橫坐标通常為循環次數N,縱坐标為應力幅值σ。該曲線用于确定材料的疲勞極限和預測有限壽命下的承載能力。
曆史背景
該概念由德國工程師維勒(Wöhler)于1860年提出,他在研究火車車軸斷裂問題時首次系統闡述了疲勞曲線與疲勞極限,因此也被稱為維勒曲線。
關鍵概念
數學表達式
有限壽命區的疲勞曲線常用幂函數公式表示:
$$
sigma^m cdot N = C
$$
其中σ為應力,m為材料常數(如45鋼m=9),C為實驗常數。
應用場景
該曲線被廣泛應用于機械設計(如彈簧、車軸)、航空航天等領域,通過統計方法處理數據離散性,并結合損傷累積理論預測零件壽命。
可通過維勒曲線理解材料的耐久性邊界,為工程安全設計提供依據。
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