简述

交变应力与疲劳失效

简述

交变应力：杆件上随时间周期变化的应力。

交变应力作用下构件的破坏称疲劳破坏，持久极限是交变应力作用下经过无数次变化而不使构件产生破坏的最大应力值，是对构件疲劳强度计算的重要依据，对持久极限的讨论在工程上有很重要的实际意义。

交变应力与疲劳失效

实践表明，即使低于屈服极限，这种交变应力也会引起构件的突然断裂，且断裂前无明显的塑性变形。这种现象称为疲劳失效。疲劳失效的原因是构件尺寸突变或内部缺陷部位的应力集中诱发微裂纹；在交变应力作用下，微裂纹不断萌生、集结、沟通，形成宏观裂纹并突然断裂。

对称循环下构件疲劳强度计算的关键是确定其持久极限。持久极限除以安全系数得许用应力。如果构件危险点处的最大工作应力小于许用应力，则构件不会发生疲劳失效。

构件承受交变应力的例子

1）齿轮啮合时齿根A点的弯曲正应力随时间作周期性变化。

2）火车轮轴横截面边缘上A点的弯曲正应力t随时间作周期性变化。

3）电机转子偏心惯性力引起强迫振动梁上的危险点正应力随时间作周期性变化。

疲劳失效的机理

　交变应力引起金属原子晶格的位错运动→位错运动聚集，形成分散的微裂纹→微裂纹沿结晶学方向扩展（大致沿最大剪应力方向形成滑移带）、贯通形成宏观裂纹→宏观裂纹沿垂直于最大拉应力方向扩展，宏观裂纹的两个侧面在交变载荷作用下，反复挤压、分开，形成断口的光滑区→突然断裂，形成断口的颗粒状粗糙区。

疲劳失效的特点与原因

构件在交变应力作用下失效时，具有如下特征：

1）破坏时的名义应力值往往低于材料在静载作用下的屈服应力；

2）构件在交变应力作用下发生破坏需要经历一定数量的应力循环；

3）构件在破坏前没有明显的塑性变形预兆，即使韧性材料，也将呈现“突然”的脆性断裂金属材料的疲劳断裂断口上，有明显的光滑区域与颗粒区域。