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結(jié)構(gòu)的失效形式有多種，其中當(dāng)結(jié)構(gòu)在長期循環(huán)載荷作用下會出現(xiàn)的失效稱為疲勞。疲勞會影響結(jié)構(gòu)的使用壽命，所以在實際進行設(shè)計時應(yīng)盡量避免這種情況發(fā)生。

疲勞適用范圍

材料疲勞時一般會有裂紋產(chǎn)生，裂紋主要有三個階段：

1）萌生；裂紋萌生是指材料在多次循環(huán)載荷作用下，在微觀狀態(tài)下發(fā)生損傷；

2）擴展；裂紋擴展是指裂紋在不斷增長；

3）斷裂；裂紋無法繼續(xù)承受峰值載荷的作用，斷裂發(fā)生。

2和3兩個階段通常屬于斷裂力學(xué)，疲勞主要適用于第1個階段。

 裂紋的三個階段 

疲勞分類

根據(jù)載荷循環(huán)的次數(shù)，一般將疲勞分為低周疲勞和高周疲勞，兩者之間并沒有明顯的界定，一般以數(shù)萬次循環(huán)來區(qū)分。

高周疲勞情況下，材料的應(yīng)力較低，因此應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可認(rèn)為是線彈性的。低周疲勞會含有一些非線性，材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)滯回特性。

疲勞預(yù)測方法

對于疲勞的預(yù)測較為經(jīng)典的就是S-N曲線，N代表材料失效前所經(jīng)歷的的循環(huán)次數(shù)（壽命），S表示單軸加載的應(yīng)力幅值。若兩坐標(biāo)都取log10，則曲線大致呈直線。S-N曲線后半段有水平段，這表示存在疲勞極限，即當(dāng)材料所受應(yīng)力幅值低于某一應(yīng)力閾值時，無論施加多少次循環(huán)載荷材料都不會發(fā)生疲勞破壞，使用壽命無限長。

 S-N曲線 

提升材料疲勞強度方法

1）可以設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)外形。如避免截面的較大改變；

2）提高加工質(zhì)量。如精加工；

3）提高表面強度。如對金屬材料進行噴丸等。