
【化】 high cycle fatigue
high; high-priced; lofty; loud; tall
【醫】 homo-; hyper-; hypsi-; hypso-; per-
all; all over; circuit; circumferenc; cycle; thoughtful; week
【計】 REV
【化】 peri
【醫】 para-; peri-; perimeter
fatigue; prostration; tire; tiredness; wear out; weariness
【化】 fatigue
【醫】 defatigation; fatigue
高周疲勞(High-Cycle Fatigue,HCF)是材料在循環應力作用下發生失效的力學現象,其特點為應力水平低于材料屈服強度且循環次數高于$10$次。該術語在工程學和材料科學領域廣泛應用,對應英文翻譯需結合機械疲勞分類标準進行界定。
從微觀機制分析,高周疲勞裂紋萌生主要源于材料表面或内部缺陷處的應力集中,其擴展過程遵循Paris定律: $$ frac{da}{dN} = C(Delta K)^m $$ 其中$a$為裂紋長度,$N$為循環次數,$Delta K$為應力強度因子幅值。該公式被收錄于标準文件。
工程實踐中,高周疲勞常見于航空發動機葉片、鐵路軌道和旋轉機械部件等承受高頻低幅載荷的領域。美國國家航空航天局(NASA)在技術備忘錄中明确指出,钛合金構件在$10$次循環後仍可能發生HCF失效。
與低周疲勞(LCF)的區分标準依據應變幅值:HCF對應彈性應變主導的失效模式,而LCF涉及塑性應變累積。這一分類方法在标準試驗規程中有詳細說明。
高周疲勞是材料在循環載荷作用下發生的一種疲勞失效現象,其核心特征在于低應力、高循環次數。以下從定義、特點、應用領域及與低周疲勞的對比進行解釋:
高周疲勞(High Cycle Fatigue, HCF)指材料在低于其屈服強度的循環應力作用下,經曆10⁴~10⁷次以上的載荷循環後,因微小裂紋萌生和擴展導緻的斷裂現象。常見于彈簧、傳動軸、航空航天部件等承受高頻低應力載荷的零件。
高周疲勞在航空航天(如飛機發動機葉片、機身結構)、汽車工業(如曲軸、齒輪)以及橋梁建築等領域尤為關鍵。例如,飛機部件在飛行中需承受數萬次低應力振動循環,需通過高周疲勞試驗評估壽命。
特征 | 高周疲勞 | 低周疲勞 |
---|---|---|
循環次數 | ≥10⁵次(通常10⁶~10⁷) | ≤10⁴~10⁵次 |
應力水平 | 低于屈服強度 | 接近或超過屈服強度 |
失效機制 | 裂紋萌生主導 | 塑性變形累積主導 |
分析方法 | 基于S-N曲線(應力-壽命曲線) | 基于應變-壽命曲線 |
高周疲勞的壽命預測常通過試驗繪制S-N曲線(應力幅與循環次數的關系曲線),并結合材料表面質量、環境因素進行修正。例如,钛合金在航空發動機中的應用需嚴格控制表面加工缺陷以延長高周疲勞壽命。
如需更詳細的數據或試驗方法,可參考(中等權威性)和(航空航天應用案例)中的來源。
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