金属疲劳基础系列（一）基本概念

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生活中到处都能看到机械失效，但是，你可知道？据统计，80～95%的机械失效都是由于金属疲劳造成的，每年造成的GDP损失在全世界范围内高达4%，这是一个惊人的数字。人疲劳了，劳动效率就会降低，会出错。而金属疲劳了，可能造成巨大的经济损失和人身伤害的。

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金属疲劳是指材料、零构件在一定时间的循环应力或循环应变作用下的破坏现象。首先它是显著区别于静力载荷带来的破坏的。静力破坏是一次性载荷作用下的破坏，疲劳破坏是重复载荷作用下的破坏，必然是需要一定时间的。当静力载荷带来的应力必须大于其屈服或者抗拉强度；而交变应力通常小于屈服极限。以生活常识来说，当你需要弄断一段铁丝，通常你会以某点为中心左右来回拧它，很快铁丝就断了，左右拧就是施加循环载荷，最后的破坏就是疲劳破坏。当然，如果你会七十二手错骨分筋手的话，可能一下就可将铁丝分筋错骨的话，那就是静力破坏了。

金属疲劳的基本特点肯定是循环载荷，其实在工程实际中，结构通常承受的是随机载荷，但是聪明的工程师们通常会把随机载荷转化成若干循环载荷的组合，常用方法有计数法和功率谱法。这样做的目的是便于分析和作为疲劳试验的输入，毕竟常见的疲劳试验机都是用正弦输入来加载的，这样既简单又有很好的重复性。这也符合人的天性-把复杂问题分割成简单问题。最简单的循环载荷如下图：

其中：

平均应力δm为：(δmax+δmin)/2

应力幅δa为：(δmax-δmin)/2

载荷比/循环特征Ratio为：δmax/δmin

这时候又可以分为：当R=-1的时候、当R=0的时候，如下图，R=1就是静力载荷了。

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