铆接疲劳裂纹产生机理的研究(一)
摘要：自冲铆接的微裂纹会在铆接孔中产生，这主要是由于材料内部组织的不均匀性及铆接模具的结构、形状造成的。疲劳裂纹还会在非铆接孔中产生，因为材料内部微观组织、相的强度、塑性和韧性等物理力学性能不一致，在受到载荷后微观组织变形不协调，这就导致在材料内部某些点的应力超过此点的微观允许内应力，故出现微裂纹。微裂纹还可能由材料内部的缩孔、缩松、夹杂和小的孔洞等引起的。微裂纹的扩展往往由于撕裂弯矩和拉伸载荷的共同作用造成，裂纹扩展越来越快。自冲铆接的寿命主要由裂纹萌生和小裂纹的扩展组成。关键词：自冲铆接；微裂纹；裂纹扩展；疲劳强度
0引言
为了提高车辆的燃油经济性和车辆变速的快捷性，就要降低车辆重量。实现汽车轻量化的关键是在车身的制造中大量使用轻型材料，如铝合金、复合材料、高分子材料、具有表面镀层不导电有机保护层的板料等，而难于用电焊对这些材料进行良好联接1]，且车辆及工程机械等机械产品所处的工况是恶劣的振动状态，疲劳失效是连接破坏的基本普遍现象，所以它的联接设计和工艺就要求更高以满足疲劳寿命和疲劳强度提高的迫切需求，虽然自冲铆接疲劳强度较点焊高，但继续提高其疲劳强度有重要的现实意义。
自冲铆接技术是采用一个铆钉连接两个或更多部件的方法（见图1），它实行冲铆一次完成。半空心铆钉自冲铆接工艺的铆接过程如下：铆钉在冲头的作用下，穿透上层板料，在凹模和铆钉外形共同作用下空心铆钉尾部在下层金属中张开形成喇叭口形状2]。自冲铆接除了可连接上述点焊所难于连接的材料外，自冲铆接和点焊相比还具有许多点焊所不具备的优点：能连接不同材料，能和粘接复合连接，无发光，发热少，疲劳强度较高，快捷等。
图1空心铆钉自冲铆接接头剖面图
1自冲铆接疲劳破坏方式
自冲铆接的疲劳扩展最易在铆接孔处扩展，且在宏观上裂纹扩展方向垂直于载荷方向，且裂纹宏观方向通过铆接孔中心，在裂纹扩展末期的瞬断时形成剪切唇，剪切唇与载荷成大约45o，如图2（a）所示，这其实是由于强度不足所致。
（a）
（b）（c）
图2自冲铆接板料的疲劳破坏
有的时候自冲铆接疲劳裂纹不在铆接孔发生，而有可能在铆接孔附近靠近铆钉头部的地方萌生和扩展，这主要由于铆钉在受载时会对板料有一个弯曲作用，如图2（b）所示。在有的时候，比如自冲铆接和粘接复合连接时，或材料缺陷情况下，疲劳萌生和扩展还可能发生在板料的其他部位，如图2（c）所示。
2自冲铆接微裂纹的产生
铆钉可用钢材或硬铝等制作，一般经热处理来适当提高其韧、硬度，这主要取决于被铆接材料特性如强度、硬度、厚度等。被铆接的材料常有钢板、铝板或铝合金、塑料、铜或铜合金、高分子材料及复合材料等，一般其硬度不能太高，否则铆钉将难刺穿上板料，若采用更高硬度的铆钉，但这样铆钉在刺入板料和张开时易开裂，且增大了刺入力。
由于铆钉刺进板料时，板料内部强度、硬度、结构、相分布、原子结合力不均，晶粒、晶界性状不一等原因导致板料的铆钉孔孔壁有毛刺、微裂纹，这些将是导致自冲铆接失效的重要扩展源。
下面阐述裂纹不在铆接孔中产生的情况。金属中常见的有面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格等多种结构，它们具有多种滑移系和滑移方向，晶体是各向异性的3]。在其受力时可沿着受载最大或最弱的、抗力最小的晶面和晶向滑移，在每一次滑移时晶面和晶向都有可能不同，这样就有可能导致产生侵入沟、挤出脊、晶格畸变或位错堆积等缺陷（见图3），
导致出现微裂纹。
（a）(b)
图3金属表面“挤出脊”和“侵入沟”4]
由于材料在成形时温度高低不是很均匀、化学成分也不可能非常均匀（如钢中的碳元素）、表面和内部散热不均、化学成分偏析或偏聚也不均匀等原因，可能导致多种晶体结构同时存在，不过可能有一种或几种结构为主，况且材料一般都是含有多种元素，则原子间作用力或键的作用力将不同，其对内、外界环境和作用载荷改变而应力的变化也不同，这也将导致最薄弱处出现微裂纹；每种结构、成分的机械性能（如硬脆度、强度等）和形状、结构就不同，受载时材料内部的微观部分的受力肯定不一样（如应力集中等）；那么由以上各原因，经过反复不断的受载则位错或微裂纹将在最薄弱处发生。
一般金属材料都是多晶体构成的，如果结晶时温度不太均匀、散热不均匀、冷却不均匀或其他添加元素、杂质干扰等情况，金属内可能出现两种或多种晶格，微观受载不均就位错增加而出现微裂纹。每种晶格分别存在一个个小晶体内，这样一些小晶体常排列方向各异，各小晶体间以不规则的、畸变的结构连接，形成晶界或亚晶界，晶界或亚晶界强度和硬度较高17]，但其方向、排列、结构、强度等各异，且存在位错，在受到交变载荷、冲击载荷、循环载荷、受力不均匀、应力集中等情况时，由于变形不协调、不均匀或附加载荷等，相对较弱的晶界和亚晶界可能发生更大的位错，或小孔洞，甚至破裂成微裂纹；也可能因小晶体内的微观或显微局部强度不够，当载荷长时间作用时，某些小缺陷就不断扩展成微裂纹，然后微裂纹经很多次扩展就穿晶破裂。
金属材料内部常有其他金属或非金属元素。如钢材中添加的碳、硅、硫、磷、铬、镍等等元素，这些元素往往固溶于基体中（如在钢材中这些元素会固溶于铁晶格中形成固溶体）或形成金属化合物等，且铝合金中可能有α、θ、S等相，铜合金中可能有α、δ、β'等相，还可形成金属化合物如渗碳体等17]，载荷在微观不均，位错增加，微裂纹将在薄弱处产生；由于化学成分不完全均匀，各种成分在进行物理化学变化时所处的条件也不完全毫无差别，这些相可能同时存在，且可能方向、位置及形状等较为杂乱，微观受载不均，位错堆积，微裂纹将在薄弱处产生；而且比如常用的退火、正火的钢材由于化学元素是否均匀、是否偏聚偏析、热处理加热快慢、加热是否均匀、降温速度、降温是否均匀等影响可能导致材料中同时存在铁素体、珠光体、渗碳体等各种相、结构，而各种相的强度、硬度、韧性、伸长率等不一，这样当材料受到外载时，在微观中的每个相的各个部分的微观变形及受力就不一样，这使得最薄弱处出现微裂纹；且由于加温、降温等在材料内部和外部差别不一等情况，可导致材料内部应力大小不一，甚至出现有的地方是拉应力而有的地方是压应力，且可能应力大小差别较大，薄弱处也将出现微裂纹；在应力集中或局部受力超过相的强度极限等情况下，相特别是其尖端可能破裂或者和相邻的相之间产生更长更宽的位错以及压破相邻的相，而后出现微裂纹；如渗碳体等硬脆相在应力集中和局部过载时易脆断，或者珠光体等较强韧相压破相邻的弱相，而出现微裂纹；以及在晶界原子结构畸变处累积位错，这样晶界处可能产生微裂纹，特别是那些局部的尖锐的板条状渗碳体；且由于金属材料成形时的相变和温度改变不均等可能造成应力集中或初始位错等。所有以上情况经反复加载就成了微裂纹。
第五章疲劳裂纹扩展 §5.1 概述 前面介绍的内容为静载荷作用下的断裂准则。构件在交变应力作用下产生的破坏为疲劳破坏，疲劳破坏的应力远比静载应力低。 一、疲劳破坏的过程 1）裂纹成核阶段 交变应力→滑移→金属的挤出和挤入→形成微裂纹的核（一般出现于零件表面）。 2）微观裂纹扩展阶段 微裂纹沿滑移面扩展，这个面是与正应力轴成45°的剪应力作用面，是许 沿滑移带的裂纹，此阶段裂纹的扩展速率是缓慢的，一般为10-5mm每循环,裂纹尺寸＜0.05mm。 3）宏观裂纹扩展阶段 裂纹扩展方向与拉应力垂直，为单一裂纹扩展，裂纹尺寸从0.05mm扩展至临a，扩展速率为10-3mm每循环。 界尺寸 c 4）断裂阶段 a时，产生失稳而很快断裂。 当裂纹扩展至临界尺寸 c 工程上一般规定：①0.1mm～0.2mm裂纹为宏观裂纹；②0.2mm～0.5mm，深 0.15mm表面裂纹为宏观裂纹。 N）宏观裂纹扩展阶段对应的循环因数——裂纹扩展寿命。（ p N） 以前阶段对应的循环因数——裂纹形成寿命。（ i 二、高周疲劳和低周疲劳 高周疲劳：当构件所受的应力较低，疲劳裂纹在弹性区内扩展，裂纹的疲劳寿命较长。（应力疲劳） 低周疲劳：当构件所受的局部应力已超过屈服极限，形成较大的塑性区，裂纹在塑性区中扩展，裂纹的疲劳寿命较小。（应变疲劳） 工程中一般规定N ≤105为低周疲劳。 f 三、构件的疲劳设计
1、总寿命法 测定S－N曲线（S为交变应力，N为应力循环周次）。 经典的疲劳设计方法是循环应力范围（S－N）曲线法或塑性总应变法来描述导致疲劳破坏的总寿命。 在这些方法中通过控制应力幅或应变幅来获得初始无裂纹的实验室试样产生疲劳破坏所需的应力循环数和应变循环数。 N=N i +N p (N i 萌生寿命，N p 扩展寿命) 2、损伤容限法（疲劳设计的断裂力学方法） 容许构件在使用期内出现裂纹，但必须具有足够的裂纹亚临界扩展寿命，以保证在使用期内裂纹不会失稳扩展而导致构件破坏。 疲劳寿命定义为从某一裂纹尺寸扩展至临界尺寸的裂纹循环数。
运动性疲劳产生原理与恢复方法初探 摘要：一个世纪以来，运动性疲劳一直是体育科学研究中重要的课题，本文拟就运动性疲劳产生的机制、预防及恢复手段进行了论述，以期为运动性疲劳进行深入的研究提供有益参考。 关键词：运动疲劳；身体机能；恢复 Abstract: Exercise fatigue is always a key subject of sports science for a century. This paper analyzes mechanism, prevention and recovery of exercise fatigue in order to provide beneficial references for making deeply research. Key words: exercise; fatigue; body function; recovery 1. 研究目的 运动性疲劳与恢复过程是当代竟技科学研究中的重大课题。我们常说，没有负荷就没有训练或没有疲劳就没有训练。为了提高运动员承受负荷的能力，就要及时消除负荷后产生的疲劳。负荷后或过度负荷后不采取有效措施使运动员的机体得到必要的恢复。就会进一步发展成为过度疲劳，所以“没有恢复就不可以继续训练”【1】。恢复与训练具有同样重要的意义，而负荷—疲劳一恢复始终是运动训练中紧密相连的过程，是决定训练成败的最基本因素。训练必须达到一定的疲劳，训练时的消耗即要接近人体生理极限，又必须在极限内进行，这使得我们对负荷、疲劳与恢复三者既统一又复杂的关系很难掌握。因此，研究疲劳的发和加快机体恢复的措施已与运动训练本身处于同等重要的地位，是提高运动能力不可缺少的环节。本文就运动性疲劳产生的机制与恢复措施进行研究，目的是提高对恢复过程在训练中的重要性的认识，把训练和恢复过程统一起来作为一个训练的整体，加速运动疲劳的恢复速度，促进运动员机能水平的提高。 2. 研究方法 文献资料法 3. 研究结果与分析 3.1 运动性疲劳产生的原理和生物化学机制 3.1.1 运动性疲劳的定义 运动性疲劳是指运动引起的肌肉最大收缩或者最大输出功率暂时性下降的生理现象。肌肉运动能力下降是运动性疲劳的基本标志和本质特性【2】。 疲劳概念的研究与人类探索疲劳的研究是同时起步的，它一开始就成为疲劳问题研究的热点。1880年，莫桑( Mosso )就开始了对人类疲劳的研究，在1915年他就提出了：疲劳是细胞内化学变化衍生物导致的一种中毒现象；1980年,Karlsson提出【3】，疲劳是丧失保持所需或预想的输出功率。经过近100年的历史，直至1982年的第5届国际运动生物化学会议上，运动性疲劳定义为：“机体的生理过程不能持续其机能在一特定水平或不能维持预定的运动强度。”近些年来，对运动性疲劳概念的提法已较为明确，这些提法的共同点，即生理性疲劳是由于工作或活动本身引起的，已区别于诸如疾病、环境、营养等原因所致。我国学者，把“人体运动到一定时候，运动能力及身体功能暂时下降的现象”叫做运动性疲劳。 3.1.2运动性疲劳的产生机理 a.“衰竭学说” 这一理论认为疲劳的产生是由于在某一大强度运动中，起主要供能作用的能源物质大量消耗所致。例如百米跑运动，由于运动强度极大，运动中消耗的能量主要来自磷酸肌酸的
1、什么是延迟裂纹 延迟裂纹是冷裂纹的一种，是由于塑性储备、应力状态以及焊缝金属中氢含量等综合作用而产生的焊接裂纹。延迟裂纹不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一段时间产生的。延迟裂纹主要发生在低合金高强钢中，主要与焊缝含扩散氢、接头所承受的拉应力以及由材料淬硬倾向决定的金属塑性储备有关，是三个因素中的某一因素与相互作用的结果。焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。延迟裂纹是冷裂纹的一种常见缺陷，它不在焊后立即产生，而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。 所谓“有延迟裂纹倾向的材料”，就是焊后容易出现焊接冷裂纹的材料，也即是可以焊接的低合金高强度钢。用低合金换取高强度，当然好;但随着合金元素增加，强度的升高，也带来了延迟裂纹倾向问题，增加了焊接难度，拖延了无损检测时间。所谓“增加了焊接难度”，用老的焊接术语说，这些材料的可焊性较差或差;用今天的术语来说，这些材料属于焊接难度较难或难的等级。 2、延迟裂纹的产生机理 对于确定成分的母材和焊缝金属，塑性储备一定，产生延迟裂纹的孕育期长短，取决于焊缝金属中的扩散氢及接头所处的应力状态。同理相应于某一应力状态，焊缝含氢量高，裂纹孕育期短，裂纹倾向大。当应力状态恶劣，即使含氢量低，在很短孕育期内会产生裂纹。但是决定延迟裂纹产生与否，存在一个临界含氢量与临界应力值。若氢低于临界含氢量，拉应力低于强度极限，则孕育期将无限长，实际上不产生延迟裂纹。 现代的延迟裂纹理论认为，焊缝金属中的含氢量、接头承受的应力水平以及接头金属的塑性储备，三者对延迟裂纹产生的作用是相互联系的。焊缝高含氢量在低应力下就会诱发出裂纹，而低含氢量需要高应力下才达到诱发裂纹状态。含氢量及应力都低时，在长时间才能达到裂纹产生条件。材料的塑性储备起到调节作用，当材料的变形能力高，缺口敏感性低时，只有在更高应力更多含氢量下才能产生延迟裂纹。 在焊接接头中，由于焊缝一般含碳量低，缺口敏感性小，而近缝区由于晶粒粗大，过饱和空位浓度高，应力集中程度高等不利条件，使近缝区易于产生延迟裂纹。 3、怎样判断哪些材料是“有延迟裂纹倾向的材料”？ 目前流行的，有两种方法: 1)合金元素的碳当量法
材料疲劳裂纹扩展研究综述 摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。 关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展 1 前言 19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。 经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模
型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。 2 疲劳裂纹扩展研究现存问题 如今，人们在分析材料裂纹扩展问题时最常用到的是“塑性钝化模型”和裂纹尖端因“反向塑性区”等原因导致的“裂纹闭合效应”理论。而它们是否正确，却一直在人们的验证和争论之中。 根据现有的研究结果，有学者提出，若按照“塑性钝化模型”理论，强度高的材料应具有较低的裂纹扩展速率，但实验结果却不能证实这一预测。另外，该“模型”认为的“裂纹尖端的钝化是在拉应力达到最大值时完成的”这一观点在理论上不妥，也与实测结果不符。观察结果表明，裂纹尖端钝化是一个渐进的过程，钝化半径与外载荷大小成正比。 而疲劳裂纹在扩展过程中的“裂纹闭合效应”在什么情况下存在，能否对材料的裂纹扩展速率产生重要影响，考虑“裂纹闭合”的实验室数据能否用于工程中等问题也一直在人们的争论之中。由于“裂纹闭合效应”理论推出的结论是:“对载荷比的依赖性不是材料的内在行为，而是源于裂纹表面提前闭合后应力强度因子幅(△K) 的变化”，所以早在1984年S.Suresh等人就指出[1]，“裂纹闭合”不是一个力学参数，它受构件形状、载荷、环境和裂纹长度等因素的影响。因此，除非在实际使用过程中测量构件的裂纹闭合情况，否则在实验室里做出来的试验结果不能用来预测构件中的裂纹扩展速率。1970年，Ritchie研究钢中裂纹扩展的近门槛值时发现:在真空环境下，应力比R对门槛值几乎没有影响，首度质疑了裂纹闭合的存在性和所起的作用。在前人研究的基础上，美国海军实验室的
摘要：疲劳破坏是结构的主要失效形式，疲劳失效研究在结构安全分析中扮演着举足轻重的角色。因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。机车车辆结构的疲劳设计必须服从一定的疲劳机理,并在系统结构的可靠性安全设计中考虑复合的疲劳设计技术的应用。国内的机车车辆主要结构部件的疲劳寿命评估和分析采用复合的疲劳设计技术，国外从疲劳寿命的理论计算和疲劳试验两个方面在疲劳研究和应用领域有很多新发展的理论方法和技术手段。不论国内国外，一批人几十年如一日致力于疲劳的研究，对疲劳问题研究贡献颇多。 关键词：疲劳 UIC标准疲劳载荷 IIW标准 S-N曲线机车车辆 一、国内外轨道车辆的疲劳研究现状 6月30日15时，备受关注的京沪高铁正式开通运营。作为新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路，京沪高铁贯通“三市四省”，串起京沪“经济走廊”。京沪高铁的开通，不仅乘客可以享受到便捷与实惠，沿线城市也需面对高铁带来的机遇和挑战。在享受这些待遇的同时，专家指出，各省市要想从中分得一杯羹，配套设施建设以及机车车辆的安全性绝对不容忽略。根据机车车辆的现代设计方法，对结构在要求做到尽可能轻量化的同时，也要求具备高度可靠性和足够的安全性。这两者之间常常出现矛盾，因此，如何准确研究其关键结构部件在运行中的使用寿命以及如何进行结构的抗疲劳设计是结构强度寿命预测领域研究中的前沿课题。 在随机动载作用下的结构疲劳设计更是成为当前机车车辆结构疲劳设计的研究重点，而如何预测关键结构和部件的疲劳寿命又是未来机车车辆结构疲劳设计的重要发展方向之一。机车车辆承受的外部载荷大部分是随时间而变化的循环随机载荷。在这种随机动载荷的作用下，机车车辆的许多构件都产生动态应力，引起疲劳损伤，而损伤累积后的结构破坏的形式经常是疲劳裂纹的萌生和最终结构的断裂破坏。随着国内铁路运行速度的不断提高，一些关键结构部件，如转向架的构架、牵引拉杆等都出现了一些断裂事故。因此，机车车辆的结构疲劳设计已经逐渐成为机车车辆新产品开发前期的必要过程之一，而通过有效的计算方法预测结构的疲劳寿命是结构设计的重要目标。 1.1国外 早在十九世纪后期德国工程师Wohler系统论述了疲劳寿命和循环应力的关系并提出了S-N 曲线和疲劳极限的概念以来，国内外疲劳领域的研究已经产生了大量新的研究方法和研究成果。 结构疲劳设计中主要有两方面的问题：一是用一定材料制成的构件的疲劳寿命曲线；二是结构件的工作应力谱，也就是载荷谱。载荷谱包括外部的载荷及动态特性对结构的影响。根据疲劳寿命曲线和工作应力谱的关系，有3种设计概念：静态设计(仅考虑静强度)；工作应力须低于疲劳寿命曲线的疲劳耐久限设计；根据工作强度设计，即运用实际使用条件下的载荷谱。实际载荷因为受到车辆等诸多因素的影响而有相当大的离散性，它严重地影响了载荷谱的最大应力幅值、分布函数及全部循环数。为了对疲劳寿命进行准确的评价，必须知道设计谱的存在概率，并且考虑实际载荷离散性，才可以确定结构可靠的疲劳寿命。 20世纪60年代，世界上第一条高速铁路建成，自那时起，一些国外高速铁路发达国家已经深入研究机车车辆结构轻量化带来的关键结构部件的疲劳强度和疲劳寿命预测问题。其中，包括日本对车轴和焊接构架疲劳问题的研究；法国和德国采用试验台仿真和实际线路相结合的技术开发出试验用的机车车辆疲劳分析方法；英国和美国对转向架累计损伤疲劳方面的研究等等。在这些研究中提出了大量有效的疲劳寿命的预测研究方法。 1.2、国内 1.2.1国内疲劳研究现状与方法 国内铁路相关的科研院所对结构的疲劳寿命也展开了大量的研究和分析，并且得到了很多研
温度裂缝产生机理及特征 混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土结构内外出现较大的温差，这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。 温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。 2.影响因素和防治措施 混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，
水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。 对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。 2．1 混凝土原材料及配合比的选用 (1) 尽量选用低热或中热水泥，减少水泥用量。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温，产生内部和表面的温差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。再有，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。 (2) 掺加掺合料大量试验研究和工程实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，从而改善了可泵性。特别重要的效果是掺加原状或磨
运动性疲劳产生机制及恢复 【摘要】：随着竞技运动水平的提高，运动强度越来越大，运动性疲劳也成为普遍现象，因此了解运动性疲劳产生的生化机制及恢复手段对提高运动成绩有重要价值，对运动实践有指导意义。本文通过通过资料文献法着重从运动生物化学角度对运动性疲劳产生机制和恢复手段做综合分析。 【关键字】：运动疲劳产生机制中枢疲劳外周疲劳恢复方法 1 运动性疲劳的概念 运动持续一段时间后，机体不能维持原强度运动，即为运动性疲劳。在1982年第五届国际运动生化会议上才正式定义为“机体生理过程不能维持其机能在一定水平上或不能维持某一运动的特定强度。从生物化学方面看：一是运动时能量体系输出的最大功率下降；二是运动能量下降或内脏器官功能下降而不能维持运动强度。 2 运动性疲劳的产生机制 2．1中枢疲劳：近几十年来，大量研究证实中枢神经系统递质5-羟色胺，多巴胺去甲腺上腺素乙酰胆碱以及代谢物氨和细胞介素是产生运动性疲劳的神经生物学因素。2．11脑5-HT浓度升高对唤醒，失眠和心境有重要作用，可能与运动性疲劳产生有重要关系。此外，5-HT神经元的活动可能影响下丘脑-垂体-肾上腺轴的机能 2．12 DA是一种重要的单胺类神经递质，李倩茗等发现大鼠尾核DA代谢随运动强度增大而增加。NE 和DA下降共同作用于下丘脑，抑制下丘脑的活动，这是中枢疲劳产生的可能原因。ACH是人体内普遍存在的神经递质。如马拉松在比赛中其血浆水平约下降40%，如果补充血浆胆碱水平或补充适当胆碱饮料，其疲劳发生将会延迟。当中枢ACH浓度下降时中枢疲劳就会发生。
2.2外周疲劳。从神经-肌肉接点致肌纤维内部的线粒体等，都是外周疲劳可能发生的部位。 2．21神经-肌肉接点：乙酰胆碱是调节运动神经末梢及纤维之间的必须神经递质，神经肌肉接点前膜释放ACH不足会导致运动终极板的去极化过程不出现，使骨骼肌不能产生收缩，这一现象称为“突触前衰竭”。 ACH在接点后膜堆积，导致后膜持续性去极化的代谢障碍，引起做功能力下降。 2．22肌细胞膜：及细胞膜结构、机能的完整性直接影响肌肉的功能。研究认为，长时间运动过程中血脂游离脂肪酸和儿茶酚胺的浓度升高、胰岛素浓度下降、肌细胞失钾等都对酶得活性具有潜在影响，从而引起及细胞膜的通透性发生改变，降低了动作电位峰的高度和传导速度。 2．23田野等认为肌质网的生物化学功能是调节胞浆内钙离子的浓度。钙离子的转移是指肌质网钙离子的释放和重摄取。肌质网钙离子的释放导致胞浆中钙离子不足，可引起兴奋收缩脱偶联，从而影响肌丝的滑行。当肌质对网钙离子重摄取能力下降时可表现为肌纤维舒张期的延缓，进而影响横桥的摆动频率。 2．24神经内分泌学说：近年来许多学者认为神经内分泌系统的兴奋与抑制的不平衡是造成过度疲劳的主要机制。 2．25兴奋收缩偶联：神经冲动可以引起肌细胞膜兴奋，却不能引起肌肉收缩，可能是兴奋收缩-偶联所致。细胞内钙离子代谢异常，肌浆网释放钙离子减少和再释放钙离子能力下降，均会导致兴奋-收缩脱偶联，出现运动性疲劳。 2．26自由基损伤学说：高强度或衰竭运动导致机体自由基代谢增强，有学者认为氧自由基与膜性结构中的不饱和脂肪酸发生氧化反应生成脂质过氧化物，可破坏膜结构的完整性和正常生理功能，并可能参加以下病理性改变：运动性贫血和血红蛋白尿、血清酶和肌蛋白升高、肌肉疲劳、延迟性肌肉酸痛等。 3 运动性疲劳的恢复 在运动训练结束后, 人体的各种机能活动仍然处于一个很高的水平, 必须经过一段时间之后才能恢复到运动前的安静状态。这段时间的机能变化叫做恢复过程, 运动的恢复
浅析混凝土裂缝产生机理及防治措施 发表时间：2019-06-18T10:16:03.460Z 来源：《建筑细部》2018年第23期作者：钱涛 [导读] 运用混凝土裂缝产生机理等相关理论进行阐述、分析，为工程实例提供参考。 武汉市汉阳市政建设集团公司湖北武汉 430000 摘要：本文以混凝土裂缝的产生原因为基础，运用混凝土裂缝产生机理等相关理论进行阐述、分析，为工程实例提供参考。 关键词：裂缝产生机理；温度裂缝；收缩裂缝；防治措施 前言 目前，中国正处于城市化加速和工业化时期，建筑业将在较长时期内保持快速发展。混凝土作为建筑材料的一种，具备原材料来源广泛、抗压强度较高、耐久性良好、可塑性及浇筑性好等优势，广泛运用于土木、水利、桥梁、隧道工程中。但是，作为影响混凝土结构的适用性、安全性和耐久性的重要因素之一——混凝土裂缝，当裂缝数量和尺寸达到一定程度时，其性能指标都会相应的降低，从而影响混凝土的安全和使用，所以混凝土材料防裂问题需要加强足够的重视。 针对混凝土裂缝的研究，也有不少研究成果：许多科研人员已经对混凝土裂缝分类、产生的机理及成因有了完善系统的总结[1-4]，同时，对于裂缝发展的稳定性及建筑物结构安全影响、查找裂缝的方法、预防及处理裂缝的措施等方面研究较为深入[5-7]。大量工程实践表明，混凝土材料的裂缝主要由温度、干缩及不均沉降所引起的变形引起的，以下将从这几方面对混凝土变形裂缝的产生机理进行探讨，并提出相应的防治措施，提高混凝土施工的质量。 1.混凝土裂缝分类 （1）按裂缝形成形状划分 纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝、网状裂缝以及不规则裂缝等。 （2）按裂缝形成深度划分 表面裂缝、深层裂缝和贯通裂缝。表面裂缝是指混凝土表面形成较浅且细微的裂缝，这类裂缝对结构的承载力影响不大，但影响其外观质量；深层裂缝是指混凝土表层形成深而长的裂缝，并易扩展为贯穿裂缝；贯通裂缝是指裂缝穿透了整个结构断面，结构整体性收到破坏，后两类裂缝严重影响到混凝土结构的安全及使用性能。 （3）按裂缝表现形式划分 静止裂缝、发展中裂缝和活动裂缝，静止裂缝是指对于其尺寸大小、形态和数量的发展趋势保持不变，发展中裂缝是指其形态、尺寸和数量还在发展，活动裂缝是指其形态、尺寸和数量易受到荷载和非荷载因素影响，而始终不能达到稳定状态。 （4）按裂缝形成原因划分 荷载裂缝和变形裂缝，荷载裂缝是指由于混凝土材料的非均质性，在荷载作用下，在某些部位产生大于材料所能承受的拉应力并逐渐有裂缝的产生。直接应力裂缝和次应力裂缝作为两种主要的荷载裂缝形式。同时，由于施加在混凝土的荷载可形成直接和次生应力，在此两种应力作用下所产生的裂缝分别称为直接应力裂缝和次应力裂缝。变形裂缝的种类有自身变形裂缝和结构变形裂缝，变形裂缝是由于温度变化、收缩变形、不均匀沉降等引起的裂缝。 2.混凝土裂缝的产生机理 在实际工程中，变形裂缝是混凝土裂缝中较为常见的一类裂缝，变形裂缝的形成机率相对于荷载裂缝更高，为了更好地采取适宜的预防措施，下文将对温度、干缩、不均匀沉降三种变形裂缝的产生机理进行分析。 2.1温度引起的变形裂缝分析 温度引起的变形裂缝是由于混凝土随着温度的变化而产生的膨胀或收缩，并受到自身或者外部约束，当混凝土的抗拉强度低于其内部产生的温度应力时，便有温度裂缝的形成。水泥的水化热、比热容、导温系数、导热系数等热性能参数，和环境介质的温度可决定混凝土的温度变化情况。作为引起大体积混凝土结构温度改变的重要因素——水泥水化热，由于混凝土材料在凝结硬化过程中，伴随着水化反应所产生的大量水化热量快速提高混凝土内部的温度。由于材料本身较低的导热系数及体积较大，水化热量短时间内无法全部释放，因此混凝土内外温度差异变得较大，形成温度应力和温度变形裂缝。 2.2收缩引起的变形裂缝分析 混凝土的收缩主要由干缩和凝缩两部分组成。凝缩是指混凝土在初凝前，其表面水分蒸发导致内部水分由内向外逐渐转移，形成体积收缩变形，该变形发生在混凝土的塑形阶段，因此称作塑形收缩。在高温度及低湿度的施工条件下，内部向外转移的水分不足以抵抗外界的蒸发，混凝土表面就会因失水干缩形成收缩裂缝。干燥收缩是指水泥水化产生具有大量的微细孔隙的硅酸钙胶体，混凝土内部孔隙水消耗时引起的毛细管引力，毛细孔内由于外部水供给不到位形成负压现象，受压缩的孔隙使混凝土的干燥收缩加重，形成干燥裂缝。 2.3不均匀沉降引起的变形裂缝分析 当地基基础承载力不均匀或混凝土结构在不同部位的荷载悬殊时，就会导致混凝土结构不均匀沉降，从而引起其约束变形，一旦内部拉应力超过允许抗拉应力时，就会形成不均匀沉降裂缝。不均匀沉降裂缝多为深层或贯穿裂缝，呈现宽度大、数量少的形态。 3.混凝土裂缝的预防和治理措施 3.1混凝土裂缝的预防 （1）合理选择混凝土原材料。依据设计要求，尽可能选择高标号水泥，减少水泥用量，选取中热、低热水泥，达到减少干燥收缩和降低水化热效果；按需选择适当减水剂、膨胀剂等外加剂，减少水泥用量和用水量；选择粉煤灰、矿渣等掺合料取代部分水泥用量，从而降低水泥用量，减少水化热。 （2）优化混凝土材料的配合比设计。骨料（粗、细）及砂率的选择要合理；由于混凝土的干燥收缩在相同的水泥用量下正比于水的用量，因此在施工中，混凝土用水量要降低。
材料的疲劳性能一、疲劳破坏的变动应力 材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力，分为规则周期变动应力（或称循环应力）和无规则随 1 /2； min） 2 应力； ②不对称循环：σm≠0，-1
④波动循环：σm>σa，0 ②疲劳破坏属于低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命的预测显得十分重要和必要； ③疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织）十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等）将降低材料的局部强度。二者综合更加速疲劳破坏 出现两个疲劳源。 （2）疲劳裂纹扩展区（亚临界扩展区）? 疲劳裂纹扩展区特征为断口较光滑并分布有贝纹线或裂纹扩展台阶。贝纹线是疲劳区最典型的特征，是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。近疲劳源区贝纹线较细密（裂纹扩展较慢），远 第十五章运动性疲劳与恢复过程 (一)填空题 1. 生理性疲劳主要包括体力疲劳、脑力疲劳、心理（精神疲劳和混合型疲劳等。 2. 体力疲劳主要是长时间劳动、工作和健身运动，运动系统过度活动，骨骼肌能源物质大量消耗，代谢产物大量堆积造成的骨骼肌细胞活动能力下降。 3. 生理性疲劳是机体功能暂时下降的生理现象，是一种“预警”信号，是防止机体功能受损的保护性机制。 4. 生理性疲劳在日常生活中较为常见，经过休息和可以消除。 5. 现代竞技运动不断冲击人体的极限，机体功能水平在不断被打破而又不断建立新平衡的中发展提高。 6．负荷的与是影响整体各环节功能活动能否适应整体功能水平的重要因素。 7. 中枢疲劳可能发生在从直至运动神经元。 8．从神经-肌肉接点直至肌纤维内部的等，都是疲劳可能发生的部位。9．通过整理活动，可减少肌肉的酸疼，有助于消除疲劳；使肌肉血流量增加，加速利用。 10．中医理论从整体出发提出了疲劳、疲劳和疲劳。 11. 整体和局部有密切的协作关系，整体是由局部组成的，但整体疲劳并非是局部疲劳的，整体疲劳更为。 12. Brooks认为，运动性疲劳是运动肌工作能力降低的表现，其原因从运动到各个环节都有可能发生。 13. 爱德华兹（Edwards 1982）形象地将运动性疲劳发生原因定位于从系统到联结部位，直至骨骼肌内部，形如一条链。 14. 剧烈运动后，释放量减少，使神经-肌肉接点的传递发生障碍。 15. 高频电流刺激，能引起神经-肌肉接点前膜释放量减少，难以引起接点后膜，使骨骼肌细胞不能产生兴奋、收缩。 16. 肌质网终池具有贮存及调节肌浆浓度的重要作用，这些作用在肌肉收缩和舒张过程中都起关键的作用。 17. 运动时有多种因素可以影响肌质网的机能（如ATP含量减少，酸中毒，自由基生成等），进而影响了钙离子的和作用，因此与运动性疲劳的产生常有着密切的关系。 18. 细胞内Ca2+代谢异常，肌浆网释放Ca2+减少和再摄取Ca2+能力下降，均会导致兴奋-收缩，出现。 19. 形体疲劳主要表现为、疼痛等征候； 20.神志疲劳主要表现为虚烦不眠、、等征候。 (二)判断题 1．在竞技体育领域中“没有疲劳的训练是没有效果的，没有恢复的训练是危险的”这句话不正确。（） 2．生理性疲劳是机体功能暂时下降的生理现象，是一种“预警”信号，是防止机体功能受损的保护性机制。（） 3．健身运动对身体功能的刺激与竞技运动一样深刻，产生的疲劳同样很复杂。（） 4．现代竞技运动不断冲击人体的生理极限，机体功能水平在不断被打破而又不断建立新平衡的动态变化中发展提高。（） 5．运动性疲劳是运动肌工作能力降低的表现，其原因从运动中枢到骨骼肌各个环节都有可 万方数据 第７期王建西，等：影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析９１５ 劳进一步研究方向［５】．Ｒｉｎｇｓｂｅｒｇ利用Ｃｏｆｆｉｎ－ Ｍａｎｓｏｎ公式和ＳＷＴ公式进行了疲劳裂纹的预测分 析［１］．金学松等人对轮轨滚动接触疲劳问题进行了 定性分析［６］． 影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的主要因素是 轮载和摩擦系数．分析这些主要因素对滚动接触疲 劳裂纹萌生寿命影响规律，将有助于研究剥离掉块 和断轨产生原因，有助于确定预防性钢轨打磨的打 磨参数．同时，在静水压力作用下微裂纹会闭合，提高钢轨的抗疲劳性能．而静水压力对滚动接触疲劳裂纹萌生的影响还少见有文献分析过．本文通过对钢轨轨头应力应变分析，提出了考虑静水压力影响的滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型，分析了影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的主要因素，为制定减缓滚动接触疲劳的养护维修合理方法提供理论上的支持．滚动接触疲劳裂纹发展过程可以分为裂纹萌生阶段和扩展阶段．根据试验和工程实际，把钢轨中出现０．５ｍｍ裂纹时的疲劳寿命视为裂纹萌生寿命． １钢轨应力应变分析模型 轮轨接触表面接触压力和接触斑的大小按Ｈｅｒｔｚ理论计算，忽略了轮轨接触时塑性变形对接触压力和接触斑的影响．轮轨接触面之间存在相对滑动和转动使钢轨又承受了纵向力作用．假定轮轨接触斑处于全滑动状态，根据库仑摩擦定理：纵向力和法向接触压力成正比，这样纵向力分布可以通过法向接触压力计算． 为了反映群载作用下轮载之间的相互影响，先建立多跨连续梁模型，计算出前后两辆车相邻的２个转向架中最不利轮位处的位移钆和转角９；然后，利用子模型技术取最不利轮位所处的一跨钢轨建立子模型，把在连续梁模型中计算的位移和转角加到子模型两端面上，进行弹塑性状态下钢轨应力～应变计算．图１给出了轮轨接触子模型有限元网格．在轨枕支承点用弹簧模拟垫板、道床和路基的弹性支承．由于塑性变形主要产生在接触斑附近，为了减小应力集中的影响和提高计算效率和精度，将接触斑附近一定范围的轨头进行细划分网格．在该模型中采用非线性各向同性随动硬化模型来描述塑性状态下应力一应变的关系［７］． 图１轮轨接触子模型有限元网格 Ｆｉｇ．１Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｓｈｆｏｒｓｕｂｍｏｄｅｌ ２滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型 ２．１Ｉ临界平面法裂纹萌生寿命预测方法 人们提出了很多不同的裂纹萌生寿命预测方法．其中，临界平面法是基于裂纹产生和扩展的物理观察基础上的，有很大优越性．但对于临界平面法中选何种物理量作为疲劳参量人们认识并不一致．Ｊａｎｇ等提出了基于应变能的疲劳参数风［８］ ｎ＝＜仃。＞△ｅ／２＋ＪＡｒＡ）＇（１）式中：＜＞为ＭａｃＣａｕｌｅｙ括号，＜盯。＞＝０．５（Ｉｏ。Ｉ＋盯。）；盯。为裂纹面上的最大正应力；△ｅ为裂纹面上正应变幅值；Ａｒ和△ｙ分别为裂纹面上剪应力幅值和剪应变幅值；Ｊ为材料参数． 把Ｒ一值所在的平面定义为临界面，也就是临界平面，是疲劳裂纹萌生和扩展平面．这种方法考虑 了平均应力对裂纹萌生寿命影响，把裂纹产生（临界平面上剪应力（应变））和扩展（正应力（应变））的物理量通过能量的方式有机地联系起来．文献Ｌ９３指出，尽管观察到裂纹在最大拉应力面上出现，但张拉型裂纹萌生寿命公式预测结果与试验相差比较大，剪切型裂纹萌生公式预测结果与试验有很好的一致性．同时，通过应力分析表明，接触斑内多处于受压状态，裂纹萌生更多地是由于剪应力和剪应变所引起的．因此，接触疲劳裂纹萌生寿命预测公式为 ，，！、２ Ｂ。＝半（２Ｎｆ）２６＋ｒ：ｙ：（２ＮＯ¨。（２） Ｕ 式中：ｒ：为疲劳强度系数；ｙ；为疲劳延性系数；ｂ为疲劳强度指数；ｃ为疲劳延性指数；Ｇ为剪切模量；Ⅳｆ为滚动接触疲劳裂纹萌生寿命，即轮载作用次数． ２．２静水压力影响系数 万方数据 虽然已经应用铝及其合金焊成许多重要产品，但实际焊接生产中并不是没有困难，主要的问题有：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、接头“等强性”等。由于铝及其合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化膜，且多具有难熔性质（如Al 2 O3的熔点为2050℃，MgO熔点为2500℃），加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。由于氧化膜密度同铝的密度极其接近，所以也容易成为焊缝金属中夹杂物。同时，氧化膜（特别是有MgO存在的，不很致密的氧化膜）可以吸收较多水分而常常成为焊缝气孔的重要原因之一。此外，铝及其合金的线胀系数大，导热性又强，焊接时容易产生翘曲变形。这些也都是焊接生产中颇感困难的问题。下面，对在试验过程中产生比较严重的裂纹进行深入的分析。 1铝合金焊接接头中的裂纹及其特征 在铝合金焊接过程中，由于材料的种类、性质和焊接结构的不同，焊接接头中可以出现各种裂纹，裂纹的形态和分布特征都很复杂，根据其产生的部位可分为以下两种裂纹形式：（1）焊缝金属中的裂纹：纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、发状或弧状裂纹、焊根裂纹和显微裂纹（尤其在多层焊时）。 （2）热影响区的裂纹：焊趾裂纹、层状裂纹和熔合线附近的显微热裂纹。按裂纹产生的温度区间分为热裂纹和冷裂纹，热裂纹是在焊接时高温下产生的，它主要是由晶界上的合金元素偏析或低熔点物质的存在所引起的。根据所焊金属的材料不同，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同，热裂纹又可分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹3类。热裂纹中主要产生结晶裂纹，它是在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足不能及时填充，在凝固收缩应力或外力的作用下发生沿晶开裂，这种裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝和某些铝合金；液化裂纹是在热影响区中被加热到高温的晶界凝固时的收缩应力作用下产生的。 在试验过程中发现，当填充材料表面清理不够充分时，焊接后焊缝中仍存在较多的夹杂和少量的气孔。在三组号试验中，由于焊接填充材料为铸造组织，其中夹杂为高熔点物质，焊接后在焊缝中仍将存在；又，铸造组织比较稀疏，孔洞较多，易于吸附含结晶水的成分和油质，它们将成为焊接过程中产生气孔的因素。当焊缝在拉伸应力作用下时，这些夹杂和气孔往往成为诱发微裂纹的关键部位。通过显微镜进一步观察发现，这些夹杂和气孔诱发的微观裂纹之间有明显的相互交汇的趋势。然而，对于夹杂物在此的有害作用究竟是主要表现为应力集中源从而诱发裂纹，还是主要表现为脆性相从而诱发裂纹，尚难以判断。此外，一般认为，铝镁合金焊缝中的气孔不会对焊缝金属的拉伸强度产生重大影响，而本研究试验中却发现焊缝拉伸试样中同时存在着由夹杂和气孔诱发微裂纹的现象。气孔诱发微裂纹的现象是否只是一种居次要地位的伴生现象，还是引起焊缝拉伸强度大幅度下降的主要因素之一，亦还有待进一步的研究。 2热裂纹产生的过程 目前关于焊接热裂纹理论，国内外认为较完善的是普洛霍洛夫理论。概括地讲，该理论认为结晶裂纹的产生与否主要取决于以下3方面：脆性温度区间的大小；在此温度区间内合金所具有的延性以及在脆性温度区间金属的变形率大小。 通常人们将脆性温度区间的大小及在此温度区间内具有的延性值称为产生焊接热裂纹的冶金因素，而把脆性温度区内金属的变形率大小称为力学因素。焊接过程是一系列不平衡的工艺过程的综合，这种特征从本质上与焊接接头金属断裂的冶金因素和力学因素发生重要的联系，如焊接工艺过程与冶金过程的产物即物理的、化学的与组织上的不均匀性、熔渣与夹杂物、气体元素与处于过饱和浓度的空位等。所有这些，都是与裂纹的萌生与发展有密切联系的冶金因素。从力学因素方面看，焊接热循环特定的温度梯度与冷却速度，在一定的拘束条件下，将使焊接接头处于复杂的应力-应变状态，从而为裂纹的萌生与发展提供必要的条件。 在焊接过程中，冶金因素和力学因素的综合作用将归结为两个方面，即是强化金属联系还是弱化金属联系。如果在冷却时，焊接接头金属中正在建立强度联系，在一定刚性拘束条件下能够顺从地应变，焊缝与近缝区金属能够承受外加拘束应力与内在残余应力的作用时，裂纹就不容易产生，焊接接头的金属裂纹敏感性低，反之，当承受不住应力作用时，金属中强度联 铝合金焊接接头产生裂纹特征及产生机理分析 谢辉 （广东省第二农机厂，广东广州512219） 摘要：近40年来，由于焊接技术的进步，高效率和高性能的焊接方法得到了推广，铝及铝合金在车辆、船舶、建筑、桥梁、化工机械、低温工程和宇航工业等各种结构方面的应用在不断扩大，但国产化的铝合金和铝合金焊接材料均还存在着一定的差距。对铝合金焊接接头产生裂纹的特征及产生机理进行了分析，提出了几点防范措施。 关键词：铝合金；焊接接头；裂纹；机理 —116— 材料的疲劳性能 一、疲劳破坏的变动应力 材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力，分为规则周期变动应力（或称循环应力）和无规则随机变动应力两种。 1、表征应力循环特征的参量有： ①最大循环应力：σmax； ②最小循环应力：σmin； ③平均应力：σm=（σmax+σmin）/2； ④应力幅σa或应力范围Δσ：Δσ=σmax-σmin，σa=Δσ/2=（σmax-σmin）/2； ⑤应力比（或称循环应力特征系数）：r=σmin/σmax。 2、按平均应力和应力幅的相对大小，循环应力分为： ①对称循环：σm=（σmax+σmin）/2=0，r=-1，大多数旋转轴类零件承受此类应力； ②不对称循环：σm≠0，-1 ③脉动循环：σm=σa>0，r=0，齿轮的齿根及某些压力容器承受此类应力。σm=σa<0，r=∞，轴承承受脉动循环压应力； ④波动循环：σm>σa，0 浅谈运动性疲劳的产生机制与消除 黄江镇中心小学黄志强 摘要：运动性疲劳是运动能力和身体机能暂时下降的现象，是运动到一定阶段必须出现的生理变化，是训练效果的具体表现。人体要经过一定程度的疲劳，才能获得超量恢复，机能得到提高。消除疲劳的方法多种多样，例如：心理法、休息和睡眠和加强膳食营养，还有利用药物消除，都是消除疲劳恢复身体运动能力比较有效的方法。研究消除疲劳的方法有利于运动后尽快地恢复体力。 关键字：运动；疲劳；恢复；消除 前言：现代竞技体育的首要任务便是最大限度地挖掘人体的运动潜能，不断提高运动成绩。随着竞技运动竞争的日趋激烈，运动水平也越来越高，许多运动成绩，特别是体能类项目的成绩已逼近人体极限，以致于提高1厘米或缩短百分之一秒都变得非常艰难。向人体极限挑战，作为竞技体育的重要任务，愈发突现出来。为了不断地提高人体的运动能力，依靠科学化、现代化的方法与手段，在多学科综合研究的指导下进行训练，业已成为大家的共识。竞技体育的极限化训练模式必然给机体带来最大限度的疲劳，如何快速地消除疲劳并达到超量恢复，一直是广大教练员和运动员追求的目标。随着现代竞技体育水平不断提高，体育运动的强度越来越大，运动性疲劳与恢复越来越受到人们的重视。适度的疲劳施以合理的恢复手段，不仅可以促进人体机能水平的不断提高，而且更有利于人体综合素质的提高，而过度的运动性疲劳不及时消除会引起运动疲劳的积累，不仅对提高运动成绩不利，而且有可能形成运动损伤，最终对健康形成损害，从而和体育运动的目的背道而驰。因此，对运动性疲劳进行研究，了解运动疲劳的发生机制，掌握合理有效的防治措施从而消除疲劳对提高运动成绩、增进健康有着十分重要的理论价值和实践意义。 1.运动性疲劳的概念 运动性疲劳研究首先解决的是疲劳的概念问题。疲劳概念的研究与人类探索疲劳的研究是同时起步的，它一开始就成为疲劳问题研究的热点。1880年，莫桑（Mosso）就开始了对人类疲劳的研究，在1915年他就提出了：疲劳是细胞内化学变化衍生物导致的一种中毒现象；1980年，Karlsson提出，疲劳是丧失保持所需或预想的输出功率。经过近100年的历史，终于在1982年第五届国际运动生物化学会议上，有了一个明确而统一的概念，大会认为运动性疲劳是“机体生理过程不能持续其机能在一特定水平或各器官不能维持预定的运动强度”现象。而有别于精疲力竭：指肌肉或器官完全不能维持运动。近些年来，对运动性疲劳概念的提法已较为明确，这些提法的共同点，即生理性疲劳是由于工作或活动本身引起的，已区别于诸如疾病、环境、营养等原因所致。我国学者，把“人体运动到一定时候，运动能力及身体功能暂时下降的现象”叫做运动性疲劳。 2.疲劳产生的机制 2.1 能源物质的消耗 这一理论认为疲劳的产生是由于在某一大强度运动中，起主要供能作用的能源物质大量消耗所致。例如百米跑运动，由于运动强度极大，运动中消耗的能量主要来自磷酸肌酸的分解供能，当跑至60-80米处，无论是一般运动员还是世界优秀运动员都会出现跑速降低的现象，即出现了运动性疲劳。究其原因是体内储存的高速率供能物质——磷酸肌酸被大量消耗，人体运动中需要的能量不得不依靠糖的无氧酵解，由于糖本酵解供能的速度约为磷酸肌酸的二分之一，所以跑的速度出现了下降。 2.2 代谢废物的积累运动生理学习题15
影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析
铝合金焊接接头产生裂纹特征及产生机理分析
材料的疲劳性能
浅谈运动性疲劳的产生机制与消除
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