5-4疲劳过程及机理

第五章金属的疲劳本章从材料学的角度研究金属疲劳的一般规律、疲劳破坏过程及机理、疲劳力学性能及其影响因素，以便为疲劳强度设计和选用材料，改进工艺提供基础知识。

第一节金属疲劳现象及特点一、变动载荷1. 变动载荷定义：变动载荷是引起疲劳破坏的外力，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。

2. 循环应力二、疲劳现象及特点1. 分类疲劳定义：机件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。

（1）按应力状态不同，可分为：弯曲疲劳、扭转疲劳、挤压疲劳、复合疲劳（2）按环境及接触情况不同，可分为：大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、接触疲劳（3）按断裂寿命和应力高低不同，可分为：高周疲劳、低周疲劳，这是最基本的分类方法2. 特点（1）疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂断裂应力水平往往低于材料抗拉强度，甚至低于屈服强度。

断裂寿命随应力不同而变化，应力高寿命短，应力低寿命长。

当应力低于某一临界值时，寿命可达无限长。

（2）疲劳是脆性断裂由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低，所以不论是韧性材料还是脆性材料，在疲劳断裂前不会发生塑性变形及有形变预兆，它是在长期累积损伤过程中，经裂纹萌生和缓慢亚稳扩展到临界尺寸a c时才突然发生的。

因此，疲劳是一种潜在的突发性断裂。

（3）疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感由于疲劳破坏是从局部开始的，所以它对缺陷具有高度的选择性。

缺口和裂纹因应力集中增大对材料的损伤作用，组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等）降低材料的局部强度，三者都加快了疲劳破坏的开始和发展。

三、疲劳宏观断口特征（1）疲劳源:在断口上，疲劳源一般在机件表面，常与缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，由于应力不集中会引发疲劳裂纹。

材料内部存在严重冶金缺陷时，因局部强度降低也会在机件内部产生疲劳源。

从断口形貌看，疲劳源区的光亮度最大，因为这里是整个裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压，所以显示光亮平滑。

疲劳与应激¾王颖调查后发现中学生中疲劳发生率在19.6％～71％之间；¾申洪山调查后发现私企员工疲劳发生率为51.6％；¾交警部门指出，高速公路发生的撞车、翻车等重大交通事故，70％都是疲劳所致；¾国外调查发现疲劳的发生率在7%～45%之间。

一、疲劳与安全1.疲劳概念在生产过程中，劳动者由于生理和心理状态的变化，产生某一个或某些器官乃至整个机体力量的自然衰竭状态，称为疲劳。

一、疲劳与安全2.疲劳分类¾日本学者大岛正光等认为疲劳包括三个维度:身体症状、精神症状和神经感觉症状；¾Chalder等认为疲劳是两个维度:心理疲劳、生理疲劳；¾Smets等认为疲劳包含5个维度:总体疲劳、生理疲劳、活动性下降、动机缺乏、心理疲劳；¾Ahsberg认为疲劳包括以下5个维度:缺乏能量、身体疲乏、身体不舒适、缺乏动机、困倦。

一、疲劳与安全z生理疲劳9体力疲劳：指由于肌肉持久重复地收缩,能量减弱因而工作能力降低以至消失的现象；•全身性疲劳•局部疲劳9脑力疲劳：指由于能量消耗太多,大脑细胞受到破坏,大脑活动被迫减慢甚至停止的现象。

•智力疲劳•技术疲劳写作、谈话、讲课、听课等用脑程度强的工作；环境充斥C0，C02，换气不良监视作业，计算机作业，显微镜作业，透视、校正、焊接；在低照度条件下作业，上下观察作业听诊作业，铆接等噪音大的作业搬运，肩及上肢作业手连续动作的作业：钳工、打字、手工研磨等手工作业小臂连续性的作业吹气以及胸部支承性作业摩托车、三轮车驾驶，腹部牵引及推挡作业反复前屈、举重向上的作业坐位不适、坐位时间长前屈及蹲下作业打字、包装、写字、敲击、剪纸等长时间用手指的作业蹲下过久的作业蹲下及重体力劳动站立作业及下肢劳动锤工、石工等用力握紧的作业站立作业，步行作业头部眼部颈部耳部肩部腕部肘部胸部腹部腰部臀部背部手指部膝部大褪部下腿部手掌部足部职业、作业及环境部位一、疲劳与安全z心理疲劳指人体肌肉工作强度不大，但由于神经系统紧张程度过高或长时间从事单调、厌烦的工作而引起心理机制发生变化的疲劳。

混凝土疲劳原理1. 混凝土的组成及其力学性质混凝土是由水泥、砂、骨料等原材料混合而成的一种人造石材，其主要成分是水泥熟料、砂、石子和水。

混凝土具有较高的抗压强度、耐久性和可塑性等特点，是建筑工程中常用的一种材料。

混凝土的力学性质主要包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等。

其中，抗压强度是指混凝土在受到垂直于其表面的压应力时的承载能力，是混凝土最重要的力学性质之一。

抗拉强度则是指混凝土在受到垂直于其表面的拉应力时的承载能力，通常比抗压强度低得多。

弹性模量则是指混凝土在受到应力时的变形能力，泊松比则是指混凝土在受到应力时横向变形与纵向变形之比。

2. 混凝土的疲劳现象混凝土在长期使用过程中，会受到来自外界的多种作用力，如重复荷载、温度变化、潮湿环境等，这些作用力会导致混凝土出现疲劳现象。

疲劳是指物体在受到交替或重复应力作用下，经过一段时间后发生的裂纹和断裂现象。

混凝土的疲劳特性主要表现为其抗拉强度和抗压强度的下降，以及波动的变形和应力等。

混凝土的疲劳现象主要有以下两种类型：(1) 低周疲劳：是指混凝土在受到相对较低频率的交替或重复应力作用下发生的疲劳现象，通常发生在寿命较短的结构部件中，如桥梁、隧道等。

(2) 高周疲劳：是指混凝土在受到相对较高频率的交替或重复应力作用下发生的疲劳现象，通常发生在寿命较长的结构部件中，如建筑物的墙体、柱子等。

3. 混凝土疲劳的影响因素混凝土疲劳的影响因素主要包括以下几个方面：(1) 应力幅值：应力幅值是指混凝土在受到交替或重复应力作用下所承受的应力幅度，是影响混凝土疲劳强度的主要因素之一。

(2) 应力频率：应力频率是指混凝土在受到交替或重复应力作用下所承受的应力变化的频率，是影响混凝土疲劳强度的另一个重要因素。

(3) 应力比：应力比是指混凝土在受到交替或重复应力作用下，正应力与负应力之比，是影响混凝土疲劳强度的另一个重要因素。

(4) 湿度：混凝土的湿度对其疲劳强度也有一定的影响，较干燥的混凝土在受到疲劳荷载时比较容易发生疲劳破坏。