[科普中国]-声疲劳

声疲劳是指在高强度噪声作用下，发生在材料局部的永久性损伤递增过程。一般包括四个阶段：①裂纹源形成，通常在应力集中的局部或物体内部组织的某些薄弱部位，由于周期性滑移引起塑性变形，最先是出现微观裂纹；②疲劳积累，微观裂纹扩展；③疲劳损伤，宏观裂纹扩展；④疲劳断裂，当裂纹扩大到使物体残存截面不足以抵抗外加载荷时，就会在声作用的某一瞬间突然断裂。对用在高强度噪声场（超过140 dB）中工作的各种材料，例如在航空、航天工业中所用的金属材料，都要预先考虑其声疲劳性质1。

简介声疲劳是 飞机和火箭等飞行器的金属结构在声频交变负载的反复作用下产生裂纹或断裂的现象。

航天器在起飞和进入大气层时，喷气式飞机在飞行过程中都处在强噪声 环境中。它们的薄板结构会由于声致振动而产生疲劳，或引起铆钉松动，有时还会引起蒙皮撕裂。随着飞行器发动机推力的不断增加，噪声对飞行器结构的影响也就越来越大。

原因声疲劳是声和附面层压力起伏引起飞行器结构部件共振（或者是噪声强迫飞行器结构部件发生激振）而产生的。声疲劳现象同其他由于随机载荷而产生的疲劳没有本质上的区别 。疲劳破坏的过程有裂纹源的形成、疲劳累积（微观裂纹扩展）、疲劳损伤(裂纹扩展)和疲劳断裂四个阶段。裂纹源通常产生在应力集中的地方，它和局部的最大应力、表面处理、部件结构形式、材料内部缺陷、材料表面腐蚀和剥伤等情况有关。疲劳裂纹是从局部向外扩展的，当加载而产生的裂纹扩展断裂力不足以平衡外力时，便造成突然断裂。从疲劳断裂过程来看，疲劳寿命包括前三个阶段。一般说，材料的塑性越高，裂纹扩展阶段所占的时间的比例越长。

特点从振动方面来看，声疲劳有下述特点：①相当于作用力的噪声场是宽带随机过程，结构部件的疲劳损伤主要在共振点附近；②共振点的阻尼特性对疲劳损伤有很大影响，外加声压与相应的应力之间不成正比关系，振动具有非线性响应。

声疲劳试验声疲劳试验过去都是在低频振动条件下进行的。飞行器的噪声来源主要是喷气噪声和附面层压力起伏，因此，不考虑无规信号激发时相应于高应力振幅的概率分布，在决定金属 结构疲劳断裂时间的影响时就不可能正确估计它的使用寿命。为了准确地估计结构的抗疲劳性能（如寿命、裂纹扩展率、剩余强度等），对大型结构部件开始用无规噪声激发进行声疲劳试验，试验结果比较符合实际飞行环境条件下的声疲劳的效果。

声疲劳试验是利用气流声源（如旋笛、气流扬声器等）在行波管或混响室中产生165～175分贝的无规声场。试验时声波可以用正向入射、掠入射或无规入射的方式激发金属薄板振动。同时应用传声器监视声压级，用应变仪、加速度计或涡流测振仪测量金属薄板的振动。裂纹的产生和扩展，可以通过观察窗直接观察或者用工业电视观察1。

本词条内容贡献者为:

黄头生 - 副教授 - 华北电力大学