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fatigue经典教程

疲劳基本概念与分类材料疲劳性能及影响因素结构疲劳分析方法与实例疲劳试验技术与数据处理方法疲劳裂纹扩展规律与寿命预测模型抗疲劳设计原则与措施contents目录

01疲劳基本概念与分类

疲劳定义及特点疲劳定义疲劳是指材料在循环应力或循环应变作用下，由于逐渐发生局部永久性结构变化，从而在一定次数后形成裂纹或断裂的过程。疲劳特点疲劳破坏具有突发性、局部性、低应力性和对缺陷的敏感性等特点。

按应力状态分类可分为静力疲劳、动力疲劳和复合疲劳。静力疲劳是指材料在静应力作用下发生的疲劳；动力疲劳是指材料在动应力作用下发生的疲劳；复合疲劳是指材料在静应力和动应力共同作用下发生的疲劳。按破坏形式分类可分为断裂疲劳和表面疲劳。断裂疲劳是指材料在循环应力作用下发生断裂的疲劳；表面疲劳是指材料表面在循环应力作用下发生剥落或开裂的疲劳。按载荷类型分类可分为高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳是指材料在较高循环次数下发生的疲劳；低周疲劳是指材料在较低循环次数下发生的疲劳。疲劳分类方法

S-N曲线法01通过试验测定材料在不同应力水平下的疲劳寿命，绘制出应力与疲劳寿命之间的关系曲线，即S-N曲线。根据S-N曲线可以预测材料在给定应力水平下的疲劳寿命。局部应力应变法02通过分析材料局部的应力应变状态，建立局部应力应变与疲劳寿命之间的关系模型，从而预测材料的疲劳寿命。该方法适用于高周疲劳和低周疲劳的预测。损伤容限法03通过分析材料内部的缺陷或裂纹扩展情况，建立损伤容限模型来预测材料的疲劳寿命。该方法适用于含缺陷或裂纹的材料的疲劳寿命预测。疲劳寿命预测模型

02材料疲劳性能及影响因素

疲劳极限疲劳强度疲劳寿命疲劳裂纹扩展速率材料疲劳性能参数材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力。材料在特定交变载荷作用下发生疲劳破坏所需的循环次数。材料在特定循环次数下所能承受的最大交变应力。描述疲劳裂纹在交变载荷作用下扩展快慢的物理量。

材料本身性质如化学成分、组织结构、力学性能等。应力水平交变应力的幅值和平均值对疲劳性能有显著影响。环境因素如温度、湿度、腐蚀介质等。表面状态如表面粗糙度、残余应力、表面处理等。影响因素分析

1合理选材选用具有优良抗疲劳性能的材料。优化设计降低应力集中，改善零件结构形状。热处理通过淬火、回火等热处理工艺改善材料的组织结构和力学性能。表面强化采用喷丸、滚压等表面处理技术提高表面强度和硬度，降低表面粗糙度。提高材料抗疲劳性能途径

03结构疲劳分析方法与实例

通过材料的S-N曲线描述应力幅值与疲劳寿命之间的关系。基本原理根据结构受力特点，确定关键部位的应力幅值。应力幅值确定结合S-N曲线和应力幅值，计算结构的疲劳寿命。疲劳寿命计算应力-寿命法（S-N法）

基本原理通过局部应力-应变关系描述结构的疲劳行为。局部应力应变确定采用弹塑性力学方法，确定结构关键部位的局部应力应变。疲劳寿命计算结合局部应力-应变关系和疲劳损伤累积理论，计算结构的疲劳寿命。局部应力-应变法

03剩余寿命预测结合裂纹扩展速率和初始裂纹尺寸，预测结构的剩余疲劳寿命。01基本原理应用断裂力学理论，分析裂纹在交变载荷作用下的扩展行为。02裂纹扩展速率通过实验或数值模拟，确定裂纹扩展速率与应力强度因子之间的关系。断裂力学方法

分析桥梁结构的受力特点和疲劳敏感部位。桥梁结构特点根据桥梁的实际运营情况，确定疲劳荷载的大小和频率。疲劳荷载确定根据桥梁结构的特点和疲劳荷载情况，选择合适的疲劳分析方法。疲劳分析方法选择结合所选的疲劳分析方法和相关参数，对桥梁结构进行疲劳寿命预测和评估，为桥梁的维护和管理提供决策依据。疲劳寿命预测与评估实例分析：桥梁结构疲劳评估

04疲劳试验技术与数据处理方法

疲劳试验类型及加载方式高周疲劳试验针对循环次数较多的情况，通常采用轴向或弯曲加载方式，以模拟实际使用中受到的循环载荷。低周疲劳试验针对循环次数较少的情况，通常采用应变控制或载荷控制的加载方式，以研究材料在较大应变范围内的疲劳性能。热机械疲劳试验在循环载荷作用下，同时考虑温度对材料性能的影响，以模拟实际使用中的热机械载荷环境。腐蚀疲劳试验在腐蚀介质中进行疲劳试验，以研究材料在腐蚀环境下的疲劳性能。

包括传感器、信号调理器、数据采集卡等，用于实时采集试验过程中的载荷、位移、应变等信号。数据采集系统数据处理软件疲劳寿命预测模型损伤累积理论用于对采集到的数据进行处理、分析和可视化展示，如去除噪声、滤波、计算应力应变等。基于试验数据，建立材料的疲劳寿命预测模型，以预测不同载荷条件下的疲劳寿命。研究材料在循环载荷作用下的损伤累积规律，为疲劳寿命预测提供理论依据。数据采集与处理系统

ABCD疲劳试验结果表示方法应力-寿命曲线（S-N曲线）表示材料在不同应力水平下的疲劳寿命，是疲劳性能评估的重要依据。损伤图以