1、因材料疲勞引發(fā)的事故

      2021年2月20日，美航一架波音777客機從美國丹佛國際機場起飛，計劃飛往夏威夷。在起飛后不久，這架波音777客機右側(cè)發(fā)動機起火爆炸，所幸最終飛機安全返航。事后經(jīng)調(diào)查，該飛機在失事7年前發(fā)生機尾擦地，工作人員在維修時操作失誤，導(dǎo)致事發(fā)時尾端機體因金屬疲勞而爆開、連帶損毀尾翼與液壓系統(tǒng)，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

      1998年6月3日，德國一輛開往漢保的城際列車在行至漢諾威附近時發(fā)生列車脫軌事件，造成100人死亡，88人重傷。經(jīng)調(diào)查造成本次事故的原因就是一只車輪鋼圈發(fā)生了疲勞斷裂，火車車輪在行進中鋼圈會承受極大的重量而發(fā)生收縮，這種反復(fù)的收縮造成了它的金屬疲勞。

       以上事件我們可以發(fā)現(xiàn)，疲勞現(xiàn)象是長期作用的結(jié)果，在發(fā)生疲勞斷裂之前宏觀上看不到明顯的變化，所以此類因材料疲勞發(fā)生的事故有隱蔽性，危害大。

       據(jù)統(tǒng)計金屬部件中80%以上的斷裂事故是由金屬疲勞引起的，因此認識疲勞現(xiàn)象，研究疲勞破壞規(guī)律，檢測金屬疲勞，防止疲勞現(xiàn)象造成的安全事故是非常重要的。

2、疲勞概念、特點及受影響因素

2.1疲勞概念

     疲勞是指材料在承受擾動力，且在足夠多的循環(huán)擾動作用之后形成裂紋或*斷裂，由此所發(fā)生的局部yongjiu結(jié)構(gòu)變化的發(fā)展過程。在經(jīng)歷足夠多次的擾動載荷作用下，裂紋首先從材料高應(yīng)力或高應(yīng)變的局部開始形成，稱為裂萌生。此后的擾動力載荷繼續(xù)作用下，裂紋進一步擴展，直至達到*斷裂。裂紋從萌生、擴展、斷裂三個階段，是疲勞破壞的重要特點。研究材料疲勞裂紋從萌生、擴展、斷裂的機理和規(guī)律，是疲勞研究的主要任務(wù)。

2.2疲勞的特點

     材料的疲勞現(xiàn)象是一種潛藏的突發(fā)性破壞，在靜載下顯示韌性或脆性破壞的材料在疲勞破壞前均不會發(fā)生明顯的塑性變形，呈脆性斷裂。

     疲勞破壞屬低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，對于疲勞壽命的預(yù)測就顯得十分重要和必要。

     對缺口、裂紋及組織等缺陷十分敏感，即對缺陷具有高度的選擇性。因為缺口或裂紋會引起應(yīng)力集中，加大對材料的損傷作用；組織缺陷(夾雜、疏松、白點、脫碳等)，將降低材料的局部強度，二者綜合更加速疲勞破壞的起始與發(fā)展。 

2.3影響材料疲勞性能的因素

  A.加載方式的影響：在同樣的應(yīng)力水平作用下，材料在拉壓循環(huán)載荷作用下的壽命比彎曲循環(huán)載荷作用下的短。

  B.尺寸效應(yīng)：在給定壽命的條件下，大尺寸構(gòu)件的疲勞強度較低。在給定應(yīng)力水平的條件下，大尺寸構(gòu)件的疲勞壽命較低。

  C.表面粗糙度的影響：粗糙的表面將加大構(gòu)件局部應(yīng)力集中程度，從而縮短裂紋萌生壽命。

  D.表面處理的影響：疲勞裂紋大多起源于表面，為了提高疲勞性能，可以通過在構(gòu)件表面處理，引入壓縮殘余應(yīng)力的方法，如鍍鎳、噴丸等。

  E.溫度和環(huán)境的影響：材料在諸如海水、酸堿溶液等腐蝕介質(zhì)下發(fā)生疲勞，對材料的疲勞壽命是不利的，在腐蝕疲勞過程中，力學作用與化學作用相互耦合，與常規(guī)的疲勞相比，破壞進程會大大加載。 

3、材料/構(gòu)件疲勞試驗

    高周疲勞：指疲勞壽命所包含的載荷循環(huán)周次比較高，一般大于5萬次，而作用在構(gòu)件上的循環(huán)應(yīng)力水平比較低，一般采用應(yīng)力作為控制參量。疲勞性能可以用應(yīng)力幅（或zuida應(yīng)力）與材料失效時的循環(huán)周次之間的關(guān)系來描述，稱為應(yīng)力——壽命關(guān)系，即S-N曲線。

    在給定的應(yīng)力比下，施加不同應(yīng)力幅的循環(huán)應(yīng)力，記錄失效時的載荷壽命，以壽命為橫軸、應(yīng)力為縱軸，描點并進行數(shù)據(jù)擬合，即可得到下圖的S-N曲線。很明顯，在給定的應(yīng)力比下，應(yīng)力水平越低，壽命越長。

S-N曲線

       低周疲勞：指疲勞壽命所包含的載荷周次比較少，一般小于5萬次，而作用在結(jié)構(gòu)件上的循環(huán)應(yīng)力水平比較高，zuida循環(huán)應(yīng)力通常大于材料的屈服應(yīng)力。由于材料進入屈服后應(yīng)變變化較大，而應(yīng)力變化很小，一般采用應(yīng)變作為疲勞控制參量。連續(xù)監(jiān)測材料的應(yīng)力—應(yīng)變響應(yīng)，可以得到一系列的環(huán)狀曲線，即滯回曲線。如下圖。

應(yīng)力-應(yīng)變滯回環(huán)萬測電液伺服疲勞試驗機

      萬測疲勞試驗機主要用于金屬材料、復(fù)合材料及零部件、彈性體的疲勞力學性能試驗?？蓪崿F(xiàn)拉伸、壓縮、彎曲、拉壓加載。實現(xiàn)高周疲勞、低周疲勞、斷裂力學等試驗?？刂品绞接休d荷控制、應(yīng)變控制、位移控制，有正弦波、三角波、梯形波等各種波形輸出。可配置環(huán)境試驗裝置，如高溫、低溫、鹽霧、腐蝕下的環(huán)境模擬試驗。目前廣泛應(yīng)用于科研院所、冶金、建筑、guofangjun工、高等院校、機械制造、交通運輸?shù)刃袠I(yè)。

高溫疲勞試驗

●試驗溫度范圍：200~1000℃。
●配置高溫引伸計，可進行應(yīng)力——應(yīng)變疲勞試驗。

高溫/低溫疲勞試驗

●環(huán)境箱溫度范圍：-70℃~300℃

●液壓夾具可直接進入高溫/低溫環(huán)境箱，試樣夾持無需過度連接。

腐蝕疲勞試驗

●介質(zhì)可以是腐蝕性溶液或水。

●可以對介質(zhì)進行溫度控制。

扭轉(zhuǎn)疲勞試驗

●實現(xiàn)徑向的往復(fù)扭轉(zhuǎn)加載。

●一般用于測試軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)疲勞壽命。

●可配置高低溫環(huán)境箱、鹽霧箱、溶液介質(zhì)箱。