試驗與材料協會(ASTM)在“疲勞試驗及數據統計分析之有關術語的標準定義”(ASTM E206-72)中所作的定義:在某點或某些點承受擾動應力, 且在足夠多的循環擾動作用之后形成裂紋或完全斷裂的材料中所發生的局部永久結構變化的發展過程, 稱為疲勞。
1.只有在承受擾動應力作用的條件下,疲勞才會發生。
所謂擾動應力,是指隨時間變化的應力。更一般地,也可稱之為擾動載荷,載荷可以是力、應力、應變、位移等。
2.疲勞破壞起源于高應力或高應變的局部。
靜載下的破壞,取決于結構整體;疲勞破壞則由應力或應變較高的局部開始,形成損傷并逐漸累積,導致破壞發生??梢姡?局部性是疲勞的明顯特點。零、構件應力集中處,常常是疲勞破壞的起源。因此,要注意細節設計,盡可能減小應力集中。疲勞研究所關心的正是這些由幾何形狀變化或材料缺陷等引起應力集中的局部細節,要研究這些細節處的應力應變。
3.疲勞破壞是在足夠多次的擾動載荷作用之后,形成裂紋或完全斷裂
足夠多的擾動載荷作用之后,從高應力或高應變的局部開始,形成裂紋, 稱為裂紋起始(或裂紋萌生)。此后,在擾動載荷作用下,裂紋進一步擴展,直至到達臨界尺寸而發生完全斷裂。裂紋萌生-擴展-斷裂三個階段是疲勞破壞的又一特點。研究疲勞裂紋萌生和擴展的機理及規律,是疲勞研究的主要任務。
由于擾動應力的作用,構件或結構一開始使用,就進入了疲勞的“發展過程”。所謂裂紋萌生和擴展,是這一發展過程中不斷形成的損傷累積的結果。最后的斷裂,標志著疲勞過程的終結。
總之,材料發生疲勞破壞,要經歷裂紋起始或萌生、裂紋穩定擴展和裂紋失穩擴展(斷裂)三個階段,疲勞總壽命也由相應的部分組成。因為裂紋失穩擴展是快速擴展,對壽命的影響很小,在估算壽命時通常不予考慮。故一般可將總壽命分為裂紋起始或萌生壽命與裂紋擴展壽命二部分。用戶可以使用Ncode等疲勞軟件,來對結構在承受各類載荷作用下的壽命進行仿真計算,優化和創新產品設計。
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