材料疲劳类型
应变疲劳（低循环疲劳）：高变形水平和低循环次数。由于应变疲劳导致的材料失效通常由允许的应变值控制。
偏转疲劳（高周疲劳）：低偏转水平和高循环次数。由挠度疲劳引起的材料失效通常由允许的挠度值控制。
二次疲劳：当挠度水平高于一定值时，裂纹停止扩展。
影响材料疲劳特性的激励措施
1.平均偏转
材料的疲劳特性由施加的挠度 S 和失效寿命 N 之间的关系来描述。在疲劳载荷下，最简单的载荷谱是等幅循环挠度。
当挠度比R=-1时，在对称等幅循环载荷的控制下，试验给出的挠度-寿命关系就是材料的基本疲劳性能曲线。
下面讨论挠度比 R 变化对疲劳性能的影响。
如上图所示，挠度比R减小，表示循环平均挠度Sm减小。偏转幅度 Sa 为：
通常：当 Sa 给定时，R 减小，平均挠度 Sm 也减小。循环载荷的受拉部分减小，不利于疲劳裂纹的萌生和扩展，会促进疲劳寿命的降低。
平均偏转对 SN 曲线影响的总体趋势如右图所示。
平均挠度Sm=0时的SN曲线是基本的SN曲线。当Sm>0时，即拉伸平均挠度作用时，SN曲线下移，说明在相同挠度幅值作用下寿命增加，或在相同寿命下疲劳硬度增加，有不利影响关于疲劳。SmS-N曲线的上移表明相同挠度幅值下的寿命降低，或相同寿命下的疲劳硬度增加，压缩平均挠度对疲劳的影响是有利的。
在给定寿命N下，可以研究循环挠度幅值Sa与平均挠度Sm之间的关系，可以得到上图所示的结果。给定寿命时，平均挠度Sm越大，对应的挠度幅值Sa越小；但无论如何，平均挠度Sm不能小于材料的极限硬度Su。Su是高强度韧性材料的极限伸长硬度或弯曲材料的屈服硬度。
图中显示了金属材料 N=10^7 的 Sa-Sm 关系，分别通过疲劳极限 S-1 和 Su 归一化。因此，平等生活条件下的Sa-Sm关系可以表示为：
这是图中的抛物线，称为曲线，数据点基本都在这条抛物线周围。
另一个表达式，图中的直线，是：
上式称为直线，所有的测试点基本都在这条直线之上。直线法简单，在给定寿命下，由此得出的Sa-Sm关系可能是保守的，所以在工程实践中常用。
2.加载方式
材料的疲劳极限随加载方式不同有以下趋势：
S(弯)>S(拉)>S(扭)
假设施加的挠度相同，拉伸和压缩高挠度区的体积等于试样整个试验截面的体积；弯曲情况下高挠度区的体积要小得多。我们知道，疲劳损伤主要取决于挠度的大小（内因）和材料抵抗疲劳损伤的能力（外因），即疲劳损伤一般发生在高挠度区或材料缺陷处。如果图中动作的循环最大挠度 Smax 相等，由于在拉压循环过程中高挠度区的材料体积很大，因此出现缺陷从而产生裂纹的可能性也很高。
因此，在相同挠度等级的作用下，拉压循环载荷的寿命比弯曲的寿命短；换言之，在相同寿命下，拉压循环的疲劳硬度低于弯曲的疲劳硬度。
扭转时疲劳寿命增加，而体积影响不大，需要通过不同挠度状态下的失效准则来解释，这里不再赘述。
3.规范效果
不同试样规格对疲劳性能的影响也可以通过高挠度区体积的差异来解释。当挠度水平相同时，试件尺寸越大，高挠度区的材料体积越大。疲劳发生在高挠度区域中材料的最薄弱点。体积越大，出现缺陷或薄弱点的可能性就越大。因此，大尺寸预制构件的疲劳抗力要高于小尺寸试件。也就是说钢材疲劳性能，在给定寿命N下，大型预制构件的疲劳硬度增加；在给定的挠度水平下，大型预制构件的疲劳寿命会降低。
4.表面白度
从疲劳的局部看，如果试样表面粗糙，则局部挠曲集中程度会加强，裂纹萌生寿命会缩短。材料的基本SN曲线是从具有良好白度的标准试片经细磨后测得的。
5.表面处理
一般来说，疲劳开裂总是起源于表面。为了提高疲劳性能，除上述提高白度外，常采用各种方法在预制构件的高挠度表面引入压缩残余挠度，以达到提高疲劳寿命的目的。
如果循环挠度如上图1-2-3-4所示，平均挠度为Sm，那么在引入压缩残余挠度Sres时，实际循环挠度水平为原始挠度1的叠加-2-3-4 和 -Sres ，变为 1'-2'-3'-4'，平均挠度降低到 S'm，疲劳性能会有所提高。
表面蚀刻处理；零件的冷挤压；在预制构件表面引入残余压缩变形是提高疲劳寿命的常用技术。材料硬度越高，循环挠度等级越低，寿命越长，延寿效果越好。喷砂用于挠度梯度或缺口挠度集中的地方，效果更佳。
表面蚀刻或回火处理可以提高表面材料的硬度，并在材料表面引入压缩残余挠曲，这两者都有利于提高材料的疲劳性能。试验表明，渗氮或回火可使钢的疲劳极限加倍。对于缺口试样，效果更好。
6.环境和温度影响
材料的SN曲线通常是在温度和空气环境下得到的。在海水、酸碱氨等腐蚀性介质环境中的疲劳称为腐蚀疲劳。腐蚀性介质的作用对疲劳有害。腐蚀疲劳过程是一个热作用和物理作用的综合过程，其失效机理极为复杂。影响腐蚀疲劳的诱因有很多，通常具有以下趋势：
（1)负载循环频率的影响是明显的。在没有腐蚀环境的情况下，在相当宽的频率范围内（如200Hz以内），频率对材料的SN曲线影响不大。但在在腐蚀环境中，随着频率的降低，相同循环次数所用的时间减少，腐蚀的不利影响有足够的时间表现出来，这使得疲劳性能的影响显着增加。
（2)在腐蚀性介质（如海水）中，半溶解状态（或海水飞溅区）比完全溶解更不利。
(3)耐腐蚀钢具有更好的耐腐蚀疲劳性能；许多普通不锈钢的疲劳极限增加更多，甚至因腐蚀环境而消失。
(4)金属材料的疲劳极限通常随着气温升高而降低。
但随着温度的升高，材料的断裂硬度也随之增加，表现出高温延展性。一旦出现裂纹钢材疲劳性能，就适合发生不稳定断裂。低温会增加材料的硬度，可能会引起膨胀，这对疲劳也是不利的。同时需要注意的是，为改善疲劳性能而引入的残余压缩变形也会因温度的下降而消失。
免责声明：公众号经常转载的文章仅供您参考和阐述，用于非商业教育和科学目的，不代表支持其观点或否认其内容的真实性。版权归原作者所有。如转载稿件涉及版权等问题，请立即联系我们删除。
