材料中的疲劳现象是什么?
疲劳是材料在承受波动应力和应变的过程中发生的渐进、局部和永久性结构变化,在经历足够多的循环后,可能会导致裂纹或断裂。
疲劳是一种机械现象,材料或部件在一段时间内因承受不同载荷而逐渐退化,这可能导致材料或部件断裂。在疲劳过程中,可以在材料上看到塑性变形。这种变形的最小形式可以称为微塑性变形。这种损伤会随着持续应力而放大,最终导致材料或部件断裂。
疲劳是材料在承受波动应力和应变的过程中发生的渐进、局部和永久性结构变化,在经历足够多的循环后,可能会导致裂纹或断裂。
疲劳是一种机械现象,材料或部件在一段时间内因承受不同载荷而逐渐退化,这可能导致材料或部件断裂。在疲劳过程中,可以在材料上看到塑性变形。这种变形的最小形式可以称为微塑性变形。这种损伤会随着持续应力而放大,最终导致材料或部件断裂。
低周测试
高周测试
超高次数循环测试
从一级方程式汽车底盘到牙科植入物,疲劳现象和相关故障是承受循环载荷的任何部件设计中的关键问题。因此,设计师需要准确了解所用材料的疲劳性能。为此,材料和成品在投放市场之前,越来越多地在实验室进行疲劳测试。
进行疲劳试验是为了估算部件或材料的寿命。测试结束后,设计者可以依此评估组件的寿命,作为施加应力的函数。
疲劳失效的科学分析起源于1842年,在法国默顿凡尔赛事故造成损害后进行的调查。当时,机车轮轴断裂,失火烧毁其他车厢,造成55人死亡。机械工程师威廉·约翰·麦克库恩·兰金决定调查这起事件,找出事故原因。他的研究强调了部件中应力集中系数的重要性,以及重复循环应力对这些区域的影响,从而导致部件失效。他提出损坏是由重复循环载荷导致的渐进裂纹形成引起的,但这一理论被其他工程师忽视。一段时间以来,疲劳仍然是一种严重且被误解的现象。
约翰·布雷斯韦特(John Braithwaite)是我们所知道的定义“疲劳”的人,这要归功于他在1850年至20世纪初的专家团队。
从1910年起,确定了微观裂纹疲劳失效的起源,并证明了循环应力与失效循环次数之间的关系。Olin Hanson Basquin根据August Wöhler生成的测试数据,提出了应力和失效循环之间的对数逻辑关系。Wöhler得出结论,循环应力范围比峰值应力更重要,并引入了材料“强度极限”的概念。
现代疲劳试验的真正奠基是在20世纪60年代,当时P.C.Paris提出了一种预测单个疲劳裂纹扩展速率的方法。他证明了裂纹长度的变化率与循环次数的关系。他的成果通常被称为da/dN曲线。然而,20世纪40年代中期流行的M.A.Miner的现象学方法盖过了P.C.Paris的方法。
-高周疲劳试验:频率高达约1-5000 Hz的正常疲劳试验。
-HCF(din 50100)高周疲劳试验:频率高达约1-5000 Hz的正常疲劳试验。
-旋转杆弯曲疲劳试验,DIN 50113
-拉伸压缩疲劳试验
-结合拉伸、卸载和压缩,针对循环应力进行强度评估(疲劳强度)。
千兆循环疲劳试验:使用超声波振动等在短时间内施加约1×10^9或以上循环次数的疲劳试验。
-疲劳裂纹扩展试验机
-评估循环应力下的断裂裂纹扩展速率。