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论文

题目：疲劳与断裂综述

院（系）材料与化工学院

专业材料工程

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目录

1绪论3

1.1疲劳及断裂力学发展3..

1.2疲劳与断裂力学的关系3..

1.3疲劳设计方法

4...

2疲劳现象及特点

4...

2.1变动载荷和循环应力4..

2.2疲劳现象及特点5...

2.3疲劳断口宏观特征5..

3疲劳过程及机理

6...

3.1疲劳裂纹萌生过程及机理6..

3.2疲劳裂纹扩展过程及机理7..

4疲劳影响因素及应对措施8..

4.1疲劳强度影响因素8..

4.2提高疲劳强度的措施9..

5结束语1..0.

1绪论

1.1疲劳及断裂力学发展

日内瓦的国际标准化组织（ISO）在1964年发表的报告《金属疲劳试验的一般

原理》中给疲劳下了一个描述性定义：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发

生的性能叫疲劳”。金属材料和构件的断裂，绝大部分属于疲劳断裂。材料的疲劳

不仅是所有运动物体的一个共同性问题，对某些显然是静止的物体，只要它承受

循环力或循环变形，就会因为疲劳而发生破坏。疲劳裂纹扩展是累计损伤的过

程，包括金属在内的任何材料加工而成的机构或设备，在载荷反复作用下，机械结

构的50%~90%都会发生疲劳破坏。由于材料的破坏行为和静力相比有着本质的区

别，使得材料的疲劳问题成为备受关注的问题之一。科学的研究方法对正确认识疲

劳问题具有至关重要的意义。经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研

究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。现代断裂力学理论的成就和工程实

际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。

1.2疲劳与断裂力学的关系

疲劳学研究重复载荷及材料及结构的疲劳强度及疲劳寿命问题。断裂力学研究

带裂纹体的强度问题。

疲劳破坏过程是从原子尺寸，晶粒尺寸到大型结构尺寸，跨越十几个量级的十

分复杂的过程，疲劳破坏过程按裂纹扩展过程可以大致分为几个阶段。

（1）亚结构和显微结构发生变化，从而形成永久损伤形核。

（2）产生微观裂纹。

（3）微观裂纹长大和合并，形成“主导”裂纹。一般认为，这一阶段的疲

劳通常是裂纹萌生与扩展之间的分界线，即疲劳与断裂力学的分界岭。

（4）主导宏观裂纹的稳定扩展。

5）结构失去稳定性或完全断裂

1.3疲劳设计方法

根据处理裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段的不同定量处理，工程中运用疲劳学

和断裂力学形成不同方法。分别是疲劳法—安全寿命法、损伤容限法、“安全-寿

命”和“失效-安全”法。

2疲劳现象及特点

疲劳是在材料在变动载荷循环作用下产生的破坏。工程中很多机件和构建都

是在变动载荷下工作的，如曲轴、连杆、齿轮、弹簧、辊子、叶片及桥梁等，其主

要失效形式是疲劳破坏。

2.1变动载荷和循环应力变动载荷是引起疲劳破坏的外力，它是指载荷大小，

甚至方向均随时间变化的载荷。在单位面积上的平均值为变动应力。变动应力可

分为规则周期变动应力和无规则周期变动应力两种。

循环应力的波形有正弦波、矩形波和三角波三种，其中常见的为正弦波。循环

应力通常用几个参量来表示：

最大应力(Tmax

最小应力(Tmin

c(

平均应力m=(max+rmin)/2

应力幅a=(dmaxcmin)/2

应力比或循环特性参数R=dmin/dmax

2.2疲劳现象及特点

（1）疲劳的分类。疲劳可根据不同方法进行分类