高周疲劳断裂失效

疲劳断裂的失效准则
疲劳断裂是材料在循环载荷作用下，经过一段时间后发生的突然断裂现象。

疲劳断裂失效准则主要包含以下几种类型：
1.机械疲劳
机械疲劳是指材料在周期性机械载荷作用下，经过一定时间后发生的疲劳断裂现象。

机械疲劳的失效准则通常基于材料的疲劳极限和循环次数来确定。

2.热疲劳
热疲劳是指材料在周期性温度变化作用下，经过一定时间后发生的疲劳断裂现象。

热疲劳的失效准则通常基于材料的热膨胀系数、温度变化范围和循环次数来确定。

3.高周疲劳
高周疲劳是指材料在较高应力幅或较大循环次数作用下发生的疲劳断裂现象。

高周疲劳的失效准则通常基于材料的疲劳极限和循环次数来确定。

4.低周疲劳
低周疲劳是指材料在较低应力幅或较小循环次数作用下发生的疲劳断裂现象。

低周疲劳的失效准则通常需要考虑材料的塑性变形和损伤累积。

5.超高周疲劳
超高周疲劳是指材料在极高的应力幅或极小的循环次数作用下发生的疲劳断裂现象。

超高周疲劳的失效准则通常基于材料的断裂强度和循环次数来确定。

6.拉压疲劳
拉压疲劳是指材料在拉压循环载荷作用下发生的疲劳断裂现象。

拉压疲劳的失效准则通常基于材料的屈服强度和循环次数来确定。

7.扭转疲劳
扭转疲劳是指材料在周期性扭转载荷作用下发生的疲劳断裂现象。

扭转疲劳的失效准则通常基于材料的剪切强度和循环次数来确定。

8.弯曲疲劳
弯曲疲劳是指材料在周期性弯曲载荷作用下发生的疲劳断裂现象。

弯曲疲劳的失效准则通常基于材料的弯曲强度和循环次数来确定。

疲劳断裂的基本特征疲劳断裂是一种金属和材料在长时间的应力作用下逐渐产生裂纹并最终失效的现象。

它是一种破坏行为，常见于机械结构和工程材料中。

疲劳断裂的基本特征包括裂纹形成、裂纹扩展和失效破坏。

疲劳断裂的形成通常经历三个阶段。

首先是应力集中，也就是在材料表面或内部出现应力集中的区域。

这种应力集中可以由缺陷、凹槽、划痕等引起。

其次是裂纹的形成，应力集中区域的材料开始发生微小的裂纹，这些裂纹通常是微观的，难以察觉。

最后是裂纹的扩展，随着应力的作用，裂纹逐渐扩展，最终导致材料的失效。

疲劳断裂的特点是裂纹的扩展是一个渐进性的过程。

在应力作用下，裂纹从微小到逐渐扩展，直到达到材料的强度极限。

这个过程被称为裂纹的扩展阶段。

裂纹扩展的速度受到多个因素的影响，包括应力水平、应力周期、材料的力学性能等。

一般来说，应力水平越高、应力周期越大、材料的力学性能越差，裂纹扩展的速度越快。

疲劳断裂的失效破坏通常是突然发生的。

在裂纹扩展到一定程度后，材料的强度将急剧下降，裂纹会迅速扩展并导致材料的失效。

这种失效破坏是突然发生的，没有明显的预警信号。

因此，对于承受疲劳载荷的结构和材料，必须进行定期的检测和维护，以防止疲劳断裂的发生，确保结构的安全性。

为了预防和控制疲劳断裂，人们采取了许多措施。

首先是改善材料的力学性能，提高材料的韧性和强度，减少裂纹扩展的速度。

其次是设计合理的结构，避免应力集中的出现，减少裂纹的形成。

此外，还可以采用表面处理、应力涂层、热处理等方法来提高材料的抗疲劳性能。

在使用过程中，要注意控制应力水平和应力周期，避免过大的应力作用。

疲劳断裂是一种常见的材料失效形式，它具有裂纹形成、裂纹扩展和失效破坏等基本特征。

了解疲劳断裂的特点，对于改善材料的抗疲劳性能、设计合理的结构以及确保结构的安全性具有重要意义。

通过采取合适的预防和控制措施，可以有效地避免疲劳断裂的发生，延长材料和结构的使用寿命。

简述疲劳断裂的原因和提高零件疲劳强度的方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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失效分析知识点第一章概论1.失效的定义：当这些零件失去其应有的功能时，则称该零件失效。

2.失效三种情况：（1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等从而完全丧失其功能；（2）.零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然能工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差等；（3）.零件能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。

3. 失效分析定义：对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。

也就是研究失效的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。

4. 失效分析过程：事前分析（预防失效事件的发生）、事中分析（防止运行中设备发生故障）、事后分析（找出某个系统或零件失效的原因）。

5. 失效分析的意义：（1）.失效分析的社会经济效益：失效将造成巨大的经济损失；质量低劣、寿命短导致重大经济损失；提高设备运行和使用的安全性。

（2）.失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量提高；（3）.失效分析有助于分清责任和保护用户（生产者）利益；（4）.失效分析是修订产品技术规范及标准的依据；（5）.失效分析对材料科学与工程的促进作用：材料强度与断裂；材料开发与工程应用。

第二章失效分析基础知识一.机械零件失效形式与来源：1.按照失效的外部形态分类：（1）过量变形失效：扭曲、拉长等。

原因：在一定载荷下发生过量变形，零件失去应有功能不能正常使用。

（2）断裂失效：一次加载断裂（静载荷）：由于载荷或应力超过当时材料的承载能力而引起；环境介质引起的断裂：环境介质和应力共同作用引起的低应力脆断；疲劳断裂（交变载荷）：由于周期作用力引起的低应力破坏。

（3）表面损伤失效：磨损：由于两物体接触表面在接触应力下有相对运动，造成材料流失所引起的一种失效形式；腐蚀: 环境气氛的化学和电化学作用引起。

（4）.注：断裂的其他分类断裂时变形量大小：脆性断裂、延性断裂；裂纹走向与晶相组织的关系：穿晶断裂、沿晶断裂；2.失效的来源：（1）.设计的问题：高应力部位存在沟槽、机械缺口及圆角半径过小等；应力计算错误；设计判据不正确。

高周疲劳发展历程随着科学技术的不断发展，高周疲劳也逐渐进入人们的视野。

高周疲劳是指在高频振动载荷下，金属材料会发生裂纹和断裂现象。

对于金属材料的使用、设计和研究，在高周疲劳方面的考虑越来越重要。

在高周疲劳的发展历程中，最初的观察是由一位德国工程师瓦尔特·德梅茨所做的。

当时，他在观察燃气轮机叶片的工作过程中发现，一些轮叶的断裂点在视觉上难以看到，但如果使用放大镜来观察则能够看出是由于疲劳造成的，这是高周疲劳发展的第一步。

在此基础上，逐渐开始了对高周疲劳的研究。

20世纪初，几位著名科学家如海涅曼、斯姆德和厄斯特等人，开始把研究从实验室扩展到实际应用中。

他们运用振动机进行实验研究，发现高频振动对金属材料产生了不可逆转的疲劳损伤。

随着高周疲劳的研究日益深入，出现了不少新的方法和理论。

20世纪40年代，法国科学家皮卡尔德·芒切尔提出了滑移线理论，该理论解释了金属材料在高周应力下的变形、变形应力以及断裂机理等问题，被公认为是高周疲劳研究中的一个重大突破。

20世纪60年代，研究者们开始运用计算机模拟和数值分析方法来研究高周疲劳。

这些方法可以快速生成大量的实验数据，并可以通过计算机程序进行数据处理和分析。

这项技术的发展，使得高周疲劳研究进入了计算机时代。

近年来，随着材料科学、力学等学科的发展，高周疲劳研究又迎来了一个新的阶段。

研究者们开始将高周疲劳与微观结构、晶界纹理等方面的相互作用联系起来，研究金属材料的细微变化和高周疲劳之间的关系，从而更准确地预测金属材料在高周应力下的失效情况。

总的来说，高周疲劳的发展历程是一个逐渐深入、逐渐完善的过程。

通过对其研究的不断深入，可以更好地预测和防止金属材料因高频振动而失效的情况。

这将对相关工业领域的发展和改进产生重大的指导意义。

金属材料疲劳断裂机理分析一、引言金属材料常见的失效形式之一是疲劳断裂，而疲劳断裂机理的分析对于提高金属材料的使用寿命具有重要意义。

本文将对金属材料疲劳断裂机理进行详细分析。

二、金属材料的疲劳断裂1. 疲劳断裂的概念疲劳断裂是材料受到循环或重复应力作用后，出现裂纹并扩展，最终导致材料破坏的一种失效形式。

2. 疲劳断裂的特点（1）与静态断裂不同，疲劳断裂通常在应力水平低于静态破坏强度时出现。

（2）疲劳断裂往往发生在金属材料受到循环应力或者滞后循环应力的情况下。

（3）疲劳断裂是一个逐渐形成的过程，通常由细小的裂纹开始，然后扩展到整个截面并导致材料断裂。

3. 疲劳断裂的影响因素（1）应力幅值对于金属材料疲劳断裂的影响很大。

一般来说，应力幅值越大，疲劳断裂的损伤就越严重。

（2）材料的力学性质对于疲劳断裂也有很大的影响。

通常来说，强度越高的材料越难发生疲劳断裂，但是当强度相同时，材料的硬度越高，就越容易疲劳断裂。

（3）疲劳断裂还受到持续时间、温度、材料的化学成分和缺陷的影响。

4. 疲劳断裂的分类根据裂纹的扩展速率和应力比，疲劳断裂可以分为以下几类：（1）低周疲劳断裂：在循环应力下，材料的裂纹扩展速率很慢，往往需要上百万以上次循环才会导致疲劳断裂。

（2）中周疲劳断裂：循环应力下材料的裂纹扩展速率较快，在千-十万次循环后就能导致疲劳断裂。

（3）高周疲劳断裂：循环应力下材料的裂纹扩展速率极快，在数十万-数百万次循环内就会导致疲劳断裂。

5. 疲劳断裂的机理（1）金属材料的疲劳断裂过程一般分为始裂阶段和稳定扩展阶段。

（2）始裂阶段：在材料表面出现较小的裂纹，形成的原因是在应力作用下，材料中的微小缺陷和夹杂物开始聚集和扩散。

（3）稳定扩展阶段：当裂纹扩展到一定长度时，会出现塑性形变，当扩展到一定程度时，材料就会出现断裂。

（4）材料疲劳断裂机理可以采用形变、断裂学和金相学等多方面知识进行解释。

三、疲劳断裂机理分析1. 循环应力下的金属变形材料在循环应力下，会出现塑性变形和弹性变形两种不同的变形形式。

一、名词解释1.失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生，这种丧失其规定功能的现象称为失效。

2.失效分析：对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称为失效分析。

3.疲劳断裂：金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称为疲劳断裂，是金属零件或构件在交变应力或重复循环应力长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。

4.腐蚀疲劳：是材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下产生的一种失效形式。

5.弯曲疲劳：金属零件在交变的弯曲应力作用下发生的疲劳称为弯曲疲劳。

6.疲劳：材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。

7.冲蚀磨损：是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时，表面出现破坏的一类磨损现象。

其定义可以描述为固体表面同含有固体粒子的流体接触做相对运动，其表面材料所发生的损耗。

8.粘着磨损相对运动物体的真实接触面积上发生固相粘着，使材料从一个表面转移到另一表面的现象，称为粘着磨损。

9.磨损：当相互接触的零件表面有相对运动时，表面材料的粒子由于机械的、物理的和化学的作用而脱离母体，使零件的形状、尺寸或者重量发生变化的过程称为磨损。

10.磨损失效：机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能的现象称为磨损失效。

11.蠕变：蠕变是金属零件在应力和高温的长期作用下，产生永久变形的失效现象。

12.屈服失效：由过量塑性变形引起的失效称为屈服失效。

13.塑性变形失效：金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值称为塑性变形失效。

14.断裂：零件在外力作用下发生开裂或折断称为断裂。

15.解理断裂：金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称这种断裂为解理断裂。

复合材料高周底周失效机理区别复合材料是由两种或更多种具有不同性质的材料组成的材料，通过它们的组合可以实现优化的机械性能和材料性能。

高周疲劳和低周疲劳是复合材料常见的失效机理，两种机制在失效过程和失效行为上存在一些区别。

1.高周疲劳失效机制：高周疲劳是指循环应力波动频率在千兆赫兹以上的应力加载下导致的材料失效。

这种失效机制是由于复合材料中的纤维和基体之间的界面滑移或断裂引起的。

在循环应力下，纤维和基体之间的界面会受到应力的集中作用，导致界面滑移和断裂。

高周疲劳失效主要包括以下几个步骤：(1)界面接触应力引起的界面屈服；(2)界面滑移的出现和扩展；(3)界面的断裂和裂纹扩展。

2.低周疲劳失效机制：低周疲劳是指循环应力波动频率在千赫兹以下的应力加载下导致的材料失效。

这种失效机制主要是由于循环应力下的断裂和裂纹扩展引起的。

低周疲劳失效主要包括以下几个步骤：(1)缺陷生成和裂纹的扩展；(2)裂纹的扩展导致应力集中；(3)应力集中导致材料的局部破坏；(4)局部破坏导致裂纹的进一步扩展。

在高周疲劳和低周疲劳失效机制中，存在以下一些区别：1.应力水平：高周疲劳是在较高的循环应力下发生的，应力加载频率高，循环次数大；而低周疲劳是在较低的循环应力下发生的，应力加载频率低，循环次数相对较少。

2.失效过程：高周疲劳主要是由于纤维和基体之间的界面滑移或断裂引起的，而低周疲劳主要是由于裂纹的生成和扩展导致的。

3.失效行为：高周疲劳失效通常是由于界面的滑移和断裂导致的，界面滑移会导致材料的强度和刚度下降；低周疲劳失效通常是由于裂纹的扩展导致的，裂纹扩展会导致材料的局部破坏和断裂。

4.预测和评估：高周疲劳往往可以通过强度预测模型和材料的疲劳寿命来进行预测和评估；而低周疲劳往往需要考虑裂纹扩展行为和应力强度因子等因素，通过断裂力学模型来进行预测和评估。

总的来说，高周疲劳和低周疲劳是复合材料常见的失效机理，虽然两种机制在失效过程和失效行为上存在一些区别，但是它们都与循环应力下的界面滑移、断裂和裂纹扩展等相关。

No.1疲劳与断裂的概念1.疲劳：金属材料在应力或应变的反复作用下发生的性能变化称为疲劳。

2.疲劳断裂：材料承受交变循环应力或应变时，引起的局部结构变化和内部缺陷的不断地发展，使材料的力学性能下降，最终导致产品或材料的完全断裂，这个过程称为疲劳断裂，也可简称为金属的疲劳。

引起疲劳断裂的应力一般很低，疲劳断裂的发生，往往具有突发性、高度局部性及对各种缺陷的敏感性等特点。

No.2疲劳断裂的分类1.高周疲劳与低周疲劳如果作用在零件或构件的应力水平较低，破坏的循环次数高于10万次的疲劳，称为高周疲劳。

例如弹簧、传动轴、紧固件等类产品一般以高周疲劳见多。

作用在零件构件的应力水平较高，破坏的循环次数较低，一般低于1万次的疲劳，称为低周疲劳。

例如压力容器，汽轮机零件的疲劳损坏属于低周疲劳。

2.应力和应变分析应变疲劳——高应力，循环次数较低，称为低周疲劳；应力疲劳——低应力，循环次数较高，称为高周疲劳。

复合疲劳，但在实际中，往往很难区分应力与应变类型，一般情况下二种类型兼而有之，这样称为复合疲劳。

3.按照载荷类型分类弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳、振动疲劳、微动疲劳。

No.3疲劳断裂的特征宏观：裂纹源→扩展区→瞬断区。

裂纹源：表面有凹槽、缺陷，或者应力集中的区域是产生裂纹源的前提条件。

疲劳扩展区：断面较平坦，疲劳扩展与应力方向相垂直，产生明显疲劳弧线，又称为海滩纹或贝纹线。

瞬断区：是疲劳裂纹迅速扩展到瞬间断裂的区域，断口有金属滑移痕迹，有些产品瞬断区有放射性条纹并具有剪切唇区。

微观：疲劳断裂典型的特征是出现疲劳辉纹。

一些微观试样中还会出现解理与准解理现象（晶体学上的名称，在微观显象上出现的小平面），以及韧窝等微观区域特征。

No.4疲劳断裂的特点（1）断裂时没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的预兆，往往是突然性的产生，使机械零件产生的破坏或断裂的现象，危害十分严重。

（2）引起疲劳断裂的应力很低，往往低于静载时屈服强度的应力负荷。

第一章1、零件失效：当这些零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效。

2、零件失效的含义：1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等，从而完全丧失其功能。

2）.零件在外部环境下作用下，部分的失去其原有功能，虽然能够工作，但不能完成规定功能，如由于腐蚀导致尺寸超差等。

3）零件虽然能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。

3、失效分析：通常是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动，也就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。

4、失效分析可分为事前分析、事中分析、事后分析。

5、失效分析的社会经济效益：（1）失效将造成巨大的经济损失。

（2）质量低劣、寿命短导致重大经济损失。

（3）提高设备运行和使用的安全性。

第二章1.工程构件的失效分为断裂、磨损、腐蚀三大类。

2.失效形式分类及原因（表2-1P18）3.失效来源包括1.设计的问题2.材料选择上的缺点 3.加工制造及装配中存在的问题 4.不合理的服役条件4.应力集中：零件截面有急剧变化处，就会引起局部地区的应力高于受力体的平均应力，这一现象称为应力集中。

表示应力集中大小的系数称为应力集中系数。

5.缺口敏感性NSR=σNb/σb（σNb表示缺口式样抗拉强度，σb表示光滑试样抗拉强度）比值NSR越大，敏感性越小。

当NSR>1时，说明缺口处发生了塑性变形的扩展，比值越大说明塑性变形扩展越大，脆性倾向越小。

塑性材料的NSR>1，材料反而具有缺口强化效应，缺口敏感性小甚至不敏感。

NSR<1，说面缺口处还未发生明显塑性变形扩展就脆断，表示缺口敏感。

6.内应力通常分为3类：第一类内应力（宏观应力）是指存在于物体或者在较大尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸在0.1mm以上；第二类内（微观）应力是指在晶粒大小尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸为10-1~10-2mm；第三类（微观）应力是在原子尺度范围保持平衡的应力，尺寸为10-3~10-6。

Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究刘汉青;黄志勇;王清远【期刊名称】《工程科学与技术》【年(卷),期】2017(049)006【摘要】双相钢Q345多用于建筑或机械结构的承力构件，循环载荷的长期作用使得构件在低于其静强度的载荷条件下发生疲劳断裂，经济可靠的强度设计需要对材料的疲劳失效进行研究。

作者利用电磁谐振高频疲劳试验机，在载荷频率140Hz、应力比为-1条件下，得到不同失效概率时材料高周疲劳（10^4。

周次〈疲劳寿命〈10饲次）应力二寿命（S-N）曲线。

利用扫描电子显微镜观察材料受到循环载荷作用后的显微结构的变化和疲劳失效后试样的断面微观形貌，研究材料疲劳裂纹的萌生和扩展。

同时，利用红外热像仪记录Q345试样表面的温度场随循环载荷作用周次的变化，研究材料在高频循环载荷作用下的固有耗散能。

双相钢Q345在高频循环载荷作用下的疲劳失效主要是由于铁素体一珠光体双相结构在循环载荷作用下的微观强度差异使得微观裂纹首先萌生于相对薄弱的铁素体晶粒，且随循环载荷周次的增加而裂纹逐渐扩展。

珠光体晶粒对疲劳裂纹的扩展起阻碍作用，使得疲劳裂纹沿铁索体或铁素体与珠光体之间的晶界向前扩展。

当载荷幅值低于其高周疲劳极限时，试样表面温升不明显；有限寿命的载荷条件下，试样表面温度场的变化受到材料微观变形的影响，基于试样表面温度场的变化，能快速确定材料的高周疲劳强度极限。

高频循环载荷作用下，单位体积材料的固有耗散能与载荷之间呈非线性关系，在热力学框架内建立了材料的固有耗散能表征模型。

【总页数】6页(P157-162)【作者】刘汉青;黄志勇;王清远【作者单位】[1]四川大学空天科学与工程学院,四川成都610065;;[1]四川大学空天科学与工程学院,四川成都610065;;[1]四川大学空天科学与工程学院,四川成都610065;[2]四川大学建筑与环境学院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】O346【相关文献】1.Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究 [J], 刘汉青;黄志勇;王清远2.一种高强度钢的超高周疲劳及热耗散研究 [J], 邵闯;BATHIASCloude;WAGNER Danièle;陶华;薛红前3.TA2,Q345及其爆炸复合板高周疲劳性能研究 [J], 孙倩;张霞;张罡;崔小玉;范蕙萍;田娇4.汽车用高强度钢高周疲劳断裂失效机理研究 [J], 唐秀丽5.Q345/SUS304异种钢焊接接头固有应变的变化规律研究 [J], 李元泰;吴华鑫;董斌;肖慎翀因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。