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通常，我们通过手册获得的SN曲线大多是无缺口标准试件的测试结果，但实际零件的形状、尺寸、表面状况、工作环境和工作载荷特性可能有很大差异，而这些因素是有一定影响的。对零件的疲劳强度影响很大。疲劳强度的影响因素可分为力学、冶金和环境三个方面。这些因素相互作用，使得在疲劳强度设计和疲劳寿命预测中综合评估这些因素的影响变得复杂。
三类因素中，机械因素从根本上可归因于应力集中和平均应力的影响；冶金因素可概括为冶金质量，即材料的纯度和材料的强度；环境因素主要有腐蚀性介质和高温。影响。大多数铁道车辆零件在大气和常温环境下工作，因此一般情况下应考虑两个主要因素：力学和冶金。它们包括缺口形状、尺寸、表面状态和平均应力的影响。这些因素对疲劳极限影响的具体数据相关的经验公式请参考相关手册和资料。这里主要讨论疲劳强度设计和疲劳寿命预测时需要了解的一些比较重要的影响规律或现象，以及必须或应该考虑的注意事项。
01
缺口形状效果
零件或构件常存在台肩、螺栓孔、油孔、键槽等所谓间隙，它们的共同特点是零件横截面积在间隙处突然变化，根部应力增大这些差距将急剧扩大。高，这种现象称为应力集中。
缺口处的应力集中是导致零件疲劳强度显着下降的最重要因素。应力集中导致缺口根部的实际应力远大于名义应力，从而导致该处产生疲劳裂纹，最终导致零件失效或损坏。应力集中的程度用应力集中系数（又称理论应力集中系数）Kt来描述。表达式如下：
其中，σmax为最大应力，σ0为载荷除以缺口处净截面积得到的平均应力，也称为名义应力。
在一定范围内，缺口根部曲率半径ρ越小，应力集中越大，疲劳强度降低越大。但对于低碳、中碳钢等塑性材料，当缺口根部的曲率半径进一步减小甚至小于零点几毫米时钢材强度的影响因素，疲劳强度的降低程度会越来越小甚至减少。不再减少。此时应力集中系数并不能真实反映缺口对疲劳强度的影响。因此，常用疲劳缺口系数Kf（缺口，过去又称有效应力集中系数）来更直接地反映疲劳强度的真实降低程度。
式中，σw0 和 σw 分别为无缺口光滑试件和缺口试件的疲劳极限。
下图所示为钢材的应力集中系数Kt与疲劳缺口系数Kf的关系。从图中可以看出，对于低碳、中碳钢，当应力集中系数小于2~2.5时，Kt和Kf基本相同，但当超过该值时，Kf的增长速度明显减慢。对于高碳钢等强度较高的钢材，Kf与Kt之间的关系保持较大范围。可见，高强度钢的疲劳强度对缺口敏感度较高，而中低强度钢的疲劳强度对缺口敏感度较低。
钢材应力集中系数Kt与疲劳缺口系数Kf的关系
一般来说，KfKf现象。这种现象对于螺栓类零件也存在，有时Kt约为4，Kf为8～10。这主要是因为各螺纹分担的载荷不均匀，甚至有几个载荷都集中在某个螺纹上。
对于光滑材料，表面淬火、表面渗碳、表面渗氮等表面热处理可以有效提高其疲劳强度。然而，对于有缺口的材料，这些方法可能变得无效，甚至降低疲劳强度。这是因为通过热处理提高了表面强度，并且缺口敏感性也提高了。
下图显示了塑性良好的高强度钢和低强度钢的缺口材料的疲劳强度如何随着应力集中程度的增加而变化。在应力集中Kt较小的范围内，高强度钢的疲劳强度明显高于低强度钢。但随着应力集中系数的增大，高强钢的疲劳强度下降速度明显快于低强钢，从而使高强钢的疲劳强度与低强钢几乎相同。
缺口材料的疲劳强度随应力集中的增加而变化
对于焊接构件，由于焊接热影响区很多情况下恰好在结构缺口处或附近，加上焊接缺陷、焊接残余拉应力等的影响，疲劳强度可能会显着降低数倍。甚至十几倍。
疲劳缺口系数还受部件尺寸的影响。一般情况下，相同缺口时，疲劳缺口系数随尺寸增大而增大。
因此，为了提高有缺口材料或有缺口零件的疲劳寿命，最有效的方法是合理进行结构设计和工艺选择，尽量减少或改善其应力集中。一味地选择高强度钢材可能达不到目的。相反，如果表面粗糙、尺寸较大，实际上可能会降低部件的疲劳强度。
02
零件尺寸效应
用于疲劳测试的模型直径一般在5~10mm范围内，与实际零件的尺寸相差很大。一般来说，对于承受弯曲和扭转载荷的零件，疲劳强度随着尺寸的增加而降低。然而，对于轴向拉伸和压缩载荷，尺寸影响不大。尺寸对疲劳极限的影响用尺寸影响系数ε表示。
式中，σd和σd0分别为任意尺寸和标准尺寸的光滑试件的疲劳极限。
高强度钢的尺寸效应比低强度钢大，表面粗糙的零件尺寸效应更大。
尺寸效应的发生主要是因为较大尺寸材料的组织状态和应力梯度对疲劳强度有影响。材料的尺寸越大，制造过程的控制就越困难。材料组织的密度和均匀性会变差，冶金缺陷也会增多。表面积越大，这些缺陷的数量就越多。因此，大尺寸样品的表面会出现疲劳和裂纹。机会会更大。从根本上来说，这些都可以归因于冶金缺陷引起的局部应力集中，从而导致疲劳裂纹的发生。
关于应力梯度的影响，当承受弯曲、扭转等载荷时，零件尺寸越大，工作应力梯度越小，单位面积的平均应力越高，越容易产生疲劳裂纹。发生。
03
表面状况的影响
表面状况包括表面粗糙度、表面应力状态、表面塑性变形、表面缺陷等因素。试验中采用表面磨削（或抛光）的标准试件，但实际零件的表面往往是机械加工表面、锻造表面和铸造表面。
机械加工在零件表面产生塑性加工硬化。切削加工常使零件表面产生一定的残余压应力，有利于疲劳强度但效果有限。然而，磨削过程中常常会产生不利于疲劳强度的残余拉应力。另一方面，加工表面微观尺度的不平整会造成应力集中，降低疲劳强度。由于这些因素的综合作用，疲劳强度低于标准试件。锻造或铸造表面一般具有较高的表面粗糙度，且不存在表面加工硬化层和表面残余压应力，因此疲劳强度的降低会更为明显。因此，从形式上看，表面加工方法越粗糙，对疲劳强度的降低影响越大。表面加工条件对疲劳强度的影响用表面加工系数β表示。
其中，σβ为标准光面试样在一定表面状态下的疲劳极限，σβ0为抛光后的标准光面试样的疲劳极限，国外为抛光表面的标准光面试样。
从冶金角度来看，粗加工对高强度材料的疲劳强度影响较大，因此高强度钢在粗加工状态下可能对提高疲劳强度没有丝毫作用。这主要是由于高强材料对粗糙表面的缺口敏感性较高，而机械加工对高强钢表面的加工硬化影响不大。
关于表面脱碳、表面凹凸痕、划伤等表面缺陷对疲劳强度影响的研究较少，但这些偶然原因造成的表面缺陷会对疲劳强度产生很大影响。因此，在设计尤其是制造过程中需要引起足够的重视。
对于光滑材料，表面热处理等表面改性方法可以提高疲劳强度，但对于实际零件等有间隙的材料，这些方法效果甚微，甚至适得其反。因此，常采用喷丸和滚压方法，使表面产生加工硬化和残余压应力，从而提高构件的疲劳强度。然而，这两种方法通常不能显着提高具有孔状缺口的零件的疲劳强度。
最新研究表明，利用简单的金属模具对孔的边缘进行轻微倒角，使局部塑性变形保留在缺口处，可以显着提高疲劳强度，甚至可以完全消除缺口对降低疲劳的影响。限制。过去多认为通过表面塑性加工提高疲劳强度的主要原因是表面产生残余压应力，从而抵消了部分工作应力。事实上，正是缺口处残余压应力产生的压集中应力抵消了缺口的不利影响；塑性变形强化了缺口附近组织中的微小薄弱区，使组织性能更加均匀一致，整体强度提高，从而增加了引起疲劳裂纹的应力水平。同时，残余压应力也使疲劳裂纹扩展停止，成为残余裂纹。
04
平均应力的影响
前面提到，疲劳损伤的根本原因是动应力分量，但静应力分量，即平均应力，对疲劳极限也有一定的影响。在一定的静应力范围内，压静应力提高疲劳极限，拉静应力降低疲劳极限。一般认为残余应力对疲劳极限的影响与平均应力相同。对于材料，可以根据其在各种平均应力或应力比R下的疲劳极限结果绘制疲劳极限图。
下图横坐标为平均应力σm（或残余应力）与强度极限σb的比值，纵坐标为应力幅值σa与对称循环疲劳极限σ-1的比值，两者均为无量纲量。
107循环寿命下钢的疲劳极限线图
从图中可以看出，大部分测试数据点落在直线和曲线之间。这条直线称为古德曼（）线；曲线为()抛物线；用屈服极限 σs 代替 σb 得到 () 线；用断裂真应力σf代替σb得到()线。如下：
() 线对于延性金属来说稍微保守且简单，在疲劳设计中应用最广泛。另一种常用的称为理想改进图。下图为工字钢对接梁在弯曲疲劳载荷作用下的理想改进图。横坐标表示最小应力σmin，纵坐标表示最大应力σmax。直线方程为：
式中，m为直线的斜率，b为直线在y轴上的截距，即最小应力为零时脉动循环的疲劳极限。当疲劳极限用最大应力表示时钢材强度的影响因素，即σw = σmax，考虑应力比R = σmax/σmin，直线有
理想改善图
由上式可求得应力比为R时的疲劳极限。实际车辆的具体结构远比获得SN曲线时的试验条件复杂，如焊接形式、应力集中等。美国AAR标准在典型焊接结构的疲劳强度方面为我们提供了许多有价值的参考。因此，实际计算中的b和m均取自AAR标准。
实验研究表明，静载荷分量对应力集中系数、尺寸系数、表面系数的影响很小，可以忽略不计。
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