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結(jié)構(gòu)力學(xué)的一個(gè)最重要的任務(wù)之一，就是防止設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)“失效”。

失效的形式有很多，最常見(jiàn)有：靜態(tài)失效、疲勞

靜態(tài)失效

靜態(tài)失效是指，材料隨的載荷超過(guò)了“極限強(qiáng)度”。

極限強(qiáng)度本質(zhì)是一個(gè)“應(yīng)力值”，因此，微觀地講，當(dāng)材料中某一點(diǎn)處的主應(yīng)力值大于極限強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)處的材料就已經(jīng)開(kāi)始靜態(tài)失效了。

為什么會(huì)有極限強(qiáng)度這種東西？我們學(xué)過(guò)材料力學(xué)的同學(xué)了解，材料作拉伸測(cè)試可以得到應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)——

脆性材料（紅）和塑性材料（藍(lán)）的拉力試驗(yàn)

圖中紅線(xiàn)與藍(lán)線(xiàn)分別代表兩類(lèi)材料。“x”符號(hào)的位置就表示“極限強(qiáng)度”。

對(duì)于脆性材料（紅線(xiàn)），應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)，直接斷裂，比如玻璃就是典型的脆性材料。

（一般來(lái)說(shuō)，脆性材料都不太抗拉，也就是說(shuō)極限強(qiáng)度一般不大）

對(duì)于塑性材料（藍(lán)線(xiàn)），達(dá)到圖中所示的屈服極限后，發(fā)生較大的形變，但是不斷裂，直至達(dá)到極限強(qiáng)度才斷裂。

關(guān)于應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，有非常有趣和易于記憶的解讀——

理解材料力學(xué)：應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)——自我提升之四大階段

思考一個(gè)有趣的問(wèn)題：結(jié)構(gòu)中有一點(diǎn)達(dá)到了極強(qiáng)強(qiáng)度，是不是結(jié)構(gòu)就一定會(huì)失效呢？

也不完全對(duì)。許多情況下，某些點(diǎn)發(fā)生了斷裂，常常是由于裝配精度過(guò)低，導(dǎo)致該部分“受到了超過(guò)它本來(lái)所要承擔(dān)的任務(wù)量”，以至于斷裂，但其它結(jié)構(gòu)也會(huì)順勢(shì)補(bǔ)充上來(lái)，承擔(dān)更多的受力。比如鋼索橋梁，一根鋼索的斷裂往往是因?yàn)檎{(diào)試失誤，將該鋼索過(guò)分預(yù)緊了，而它的斷裂并不會(huì)導(dǎo)致橋梁倒塌，而是由其它鋼索補(bǔ)位。

疲勞

是不是結(jié)構(gòu)不超過(guò)極限強(qiáng)度就OK了呢？不僅不是，而且這種想法往往會(huì)很危險(xiǎn)！

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)失效最主要的形式，其它是——“疲勞”！

不僅人容易疲勞，材料也會(huì)！

疲勞失效中，很有可能受到的應(yīng)力都“遠(yuǎn)小于極限強(qiáng)度”！但是，這個(gè)應(yīng)力可不一般，它是“循環(huán)應(yīng)力”，凡事一上周期性與頻率扯上關(guān)系就不簡(jiǎn)單！

循環(huán)載荷

材料疲勞三階段：

在多次循環(huán)作用下，材料損傷在微觀層面不斷發(fā)展，直到形成宏觀裂紋。

在每次循環(huán)中，宏觀裂紋都會(huì)不斷增長(zhǎng)，直至達(dá)到臨界長(zhǎng)度。

當(dāng)出現(xiàn)裂紋的組件無(wú)法繼續(xù)承受峰值載荷時(shí)，就會(huì)發(fā)生斷裂。

后面兩階段一般劃到“斷裂力學(xué)”中研究，我們常說(shuō)的“疲勞”常常僅指第一階段——小裂紋到大裂紋。

另外，外加載荷可不能保證都是像上面那樣規(guī)律，還可能是隨機(jī)性的，這又增加了分析難度。