[科普中国]-疲劳曲线

简介

σ-N称为一定循环作用次数N的极限应力，也称为条件疲劳极限。对于一种材料，根据实验，可得出在各种循环作用次数N下的极限应力，以横坐标为作用次数N、纵坐标为极限应力，绘成曲线，则称为材料的疲劳曲线，或称S-N曲线。

1860年，维勒在解决火车轴断裂时，首先提出疲劳曲线和疲劳极限的概念，所以后人也称该曲线为维勒曲线1。

疲劳极限当应力低于某一值时，试样可以经受无限次的循环而不断裂。此应力值称为该材料的疲劳极限，通常用σr来表示。注脚r表示应力循环对称系数。假如是对称循环的变应力，即r=-1；如是脉动循环时，即r=0。疲劳极限分为持久疲劳极限、有限疲劳极限。

对于一般具有应变时效的金属材料，如碳钢、合金结构钢、球铁等，当循环应力水平降低到某一临界值时，低应力段变成水平线段，表示式样可以经无限次应力循环也不发生疲劳断裂，故将对应的应力称为疲劳极限，记为σ-1。

全疲劳曲线的概念所谓全疲劳曲线就是以疲劳极限图的形式作出的一系列不同寿命的疲劳曲线，即由疲劳寿命、幅值应力、平均应力三个参数构成的疲劳寿命曲线，如图4所示。

这种曲线可用于进行各种交变载荷或随机载荷作用下零件疲劳寿命估算以及结构的内应力和预应力的估算，所以我们又把它叫做万能疲劳曲线2。

全疲劳曲线的制作要作出这样一系列曲线，当然要作大量的试验工作。为了提高工作效率和节省试验时间，根据试验设备的具体情况，在一台设备上同时进行多个试件的疲劳试验，不同的试件其应力幅值相同，平均应力不同，这样一次就可得到同一应力幅下不同应力均值的一系列试验数据，通过对一系列数据进行回归分析，就可以得到同一应力幅下平均应力值与寿命关系的方程式。用相同的试验方法和数据处理方法，就可以得到一系列不同应力幅值下，平均应力与寿命关系的回归方程式，借助于此方程式，就可以作出全疲劳曲线图。考虑到试验数据的分散性，应取可信度R=0.5的试验数据来绘制该图。在进行寿命估算时，直接查图可能会带来一些误差，最理想的方法是将这些实测数据送入电子计算机，由计算机提供有关数据信息3。

曲线种类材料的疲劳特性曲线有两种：σ-Ν曲线和等寿命曲线2。