条件疲劳极限

疲劳极限是指经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力值，又称为持久极限。

材料的疲劳极限是材料本身所固有的性质，因循环特征、试件变形的形式以及材料所处的环境等不同而不同，需疲劳试验定。

测定需要用若干光滑小尺寸试样，在专用的疲劳试验机上进行试验。

中文名

疲劳极限

外文名

Fatigue limit

别名

持久极限

相关

应力循环、材料破坏

影响因素

材料性质、形变形式等

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疲劳极限的测定

影响疲劳极限的因素

提高构件疲劳强度的途径

基本概念

疲劳极限是材料学里的一个极重要的物理量，表现一种材料对周期应力的承受能力。

疲劳极限是指经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力值，又称为持久极限。

许多塑料事实上并不存在疲劳极限，为此，特用循环次数达到10的10次方而试样尚有50%不破坏情况下的应力表示疲劳极限。

一材料试片在不同大小的周期应力下，使材料破坏需要的周期数也随之不同。

应力大小和周期数的关系可以用s-n图表示。

一般而言，周期应力越小，需材料破坏需要的周期数越多。

但铁合金和钛合金有一特性，当周期应力大小低于一特定数值，材料可以承受无限次的周期应力，不会造成疲劳，此数值对应s-n图右侧的水平线[1] 。



疲劳极限的测定

将试样分成若干组，一般使第一根试件受到的最大应力 ≈0.70



，若它经历 次应力循环发生疲劳破坏，则 称为为应力为 时的疲劳寿命。

然后，对其余试件逐一减小其最大应力值，并分别记录其相应的疲劳寿命。

这样，如以应力为纵坐标，以寿命为横坐标，上述试验结果将可描绘出一条光滑曲线，称为应力寿命曲线或s－n曲线。

一般来说，随着应力水平的降低，疲劳寿命迅速增加。

钢试件的疲劳试验表明，当应力降到某一极限值时，s－n曲线趋近于水平线。

这表明：只要应力不超过这一极限值，n可无限增长，即试件可以经历无限次应力循环而不发生疲劳，这一极限值即为材料在对称循环下的持久极限 。

[2]



所谓“无穷多次”应力循环，在试验中是难以实现的。

工程设计中通常规定：对于s－n曲线有水平渐近线的材料（如结构钢），如果钢制试件常温下经历10^7次应力循环仍未疲劳，则再增加循环次数也不会疲劳。

所以就把在10^7次循环下仍末疲劳的最大应力规定为钢材的持久极限，并把 =10^7称为循环基数。

有色金属的s－n曲线一般没有明显趋于水平的直线部分，通常以 =10^8作为循环基数，并把由它所对应的最大应力作为这类材料的"条件"持久极限。

影响疲劳极限的因素

光滑小试样的疲劳极限，并不是构件的疲劳极限。

构件的疲劳极限与构件状态和工作条件有关。

构件状态包括应力集中、尺寸、表面加工质量和表面强化处理等因素；工作条件包括载荷特性、介质和温度等因素，其中载荷特性包括应力状态、循环特征、加载序和载荷率等。

应力集中的影响——有效应力集中系数

在构件或构件截面形状和尺存突变处《如阶梯轴轴肩圆角、开孔、切槽等），局部应力远远大于按一般理论公式算得的数值，这种现象称为应力集中，显然，应力集中的存在不仅有利于形成初始的疲劳裂纹，而且有利于制纹的扩展，从而降低构件的疲劳极限。

在弹性范围内，应力集中处的最大应力（又称峰值应力）与名义应力的比值称为理理论应力集中系数。

用K表示，即



式中 ——峰值应力； ——名义应力。

对于正应力 → 、；对于切应力 → .

理论应力集中系数只考虑了构件的几何形状和尺寸的影响，没有考虑不同材料对于应力集中具有不同的敏感性，因此，根据理论应力集中系数不能直接确定应力集中对疲劳极限的影响程度。

考虑应力集中对疲劳极限的影响，工程上采用有效应力集中系数，它是在材料、尺寸和加载条件都相同的前提下，光滑试样与缺口试样的疲劳极限的比值