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    疲勞是一種主觀(guān)不適感覺(jué)，但客觀(guān)上會(huì)在同等條件下，失去其完成原來(lái)所從事的正?；顒?dòng)或工作能力。疲勞又稱(chēng)疲乏是主觀(guān)上一種疲乏無(wú)力的不適,感覺(jué)疲勞不是特異癥狀，很多疾病都可引起疲勞，很少有患病后感覺(jué)渾身不是勁的情況，不同疾病引起不同程度的疲勞，有些疾病表現(xiàn)更明顯有時(shí)可作為就診的*癥狀。

 

    研究簡(jiǎn)史 有記載的zui早進(jìn)行疲勞試驗(yàn)是德國(guó)的W.A.艾伯特 。法國(guó)的J.-V.彭賽列首先論述了疲勞問(wèn)題并提出“疲勞”這一術(shù)語(yǔ)。但疲勞研究的奠基人則是德國(guó)的A.沃勒，他在19世紀(jì)50～60 年代zui早得到表征疲勞性能的S-N曲線(xiàn)并提出疲勞極限的概念 。20世紀(jì)50年代 P.J.E.福賽思首先觀(guān)察到疲勞過(guò)程中在滑移帶內(nèi)有金屬薄片擠出的現(xiàn)象。隨后N.湯普孫等人發(fā)現(xiàn)這種滑移帶不易用電解拋光去掉，稱(chēng)為“駐留滑移帶”。后來(lái)證明，駐留滑移帶常常成為裂紋源。1924年德國(guó)的J.V.帕姆格倫在估算滾動(dòng)軸承壽命時(shí)，假設(shè)軸承的累積損傷與其轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)成線(xiàn)性關(guān)系。1945年美國(guó)M.A.邁因納明確 提出了疲勞破壞的線(xiàn)性損傷累積理論 ，也稱(chēng)為帕姆格倫- 邁因納定律，簡(jiǎn)稱(chēng)邁因納定律。此后，斷裂力學(xué)的進(jìn)展豐富了傳統(tǒng)疲勞理論的內(nèi)容，促進(jìn)了疲勞理論的發(fā)展。用概率統(tǒng)計(jì)方法處理疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是20世紀(jì)20年代開(kāi)始的。60年代后期 ，概率疲勞分析和設(shè)計(jì)從電子產(chǎn)品發(fā)展到機(jī)械產(chǎn)品，于是在航空、航天工業(yè)的先導(dǎo)下 ，開(kāi)始了概率統(tǒng)計(jì)理論在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。環(huán)應(yīng)力 在工程上引起的疲勞破壞的應(yīng)力或應(yīng)變有時(shí)呈周期性變化，有時(shí)是隨機(jī)的。在疲勞試驗(yàn)中人們常常把它們簡(jiǎn)化成等幅應(yīng)力循環(huán)的波形 ，并用一些參數(shù)來(lái)描述 。

 

    零件、構(gòu)件的疲勞破壞可分為3個(gè)階段 ：①微觀(guān)裂紋階段。在循環(huán)加載下，由于物體的zui高應(yīng)力通常產(chǎn)生于表面或近表面區(qū)，該區(qū)存在的駐留滑移帶、晶界和夾雜，發(fā)展成為嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)并首先形成微觀(guān)裂紋。此后，裂紋沿著與主應(yīng)力約成45°角的zui大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展，裂紋長(zhǎng)度大致在0.05毫米以?xún)?nèi)，發(fā)展成為宏觀(guān)裂紋。②宏觀(guān)裂紋擴(kuò)展階段。裂紋基本上沿著與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展。③瞬時(shí)斷裂階段。當(dāng)裂紋擴(kuò)大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時(shí)，物體就會(huì)在某一次加載下突然斷裂。對(duì)應(yīng)于疲勞破壞的3個(gè)階段 ，在疲勞宏觀(guān)斷口上出現(xiàn)有疲勞源 、疲勞裂紋擴(kuò)展和瞬時(shí)斷裂3個(gè)區(qū)。疲勞源區(qū)通常面積很小，色澤光亮，是兩個(gè)斷裂面對(duì)磨造成的；疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)通常比較平整，具有表征間隙加載、應(yīng)力較大改變或裂紋擴(kuò)展受阻等使裂紋擴(kuò)展前沿相繼位置的休止線(xiàn)或海灘花樣；瞬斷區(qū)則具有靜載斷口的形貌，表面呈現(xiàn)較粗糙的顆粒狀。掃描和透射電子顯微術(shù)揭示了疲勞斷口的微觀(guān)特征，可觀(guān)察到擴(kuò)展區(qū)中每一應(yīng)力循環(huán)所的疲勞輝紋。

 

    疲勞壽命在循環(huán)加載下，產(chǎn)生疲勞破壞所需應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù)。對(duì)零件、構(gòu)件出現(xiàn)工程裂紋以前的疲勞壽命稱(chēng)為裂紋形成壽命。工程裂紋指宏觀(guān)可見(jiàn)的或可檢的裂紋 ，其長(zhǎng)度無(wú)統(tǒng)一規(guī)定 ，一般在0.2～1.0毫米范圍內(nèi) 。自工程裂紋擴(kuò)展至*斷裂的疲勞壽命稱(chēng)為裂紋擴(kuò)展壽命?？倝勖鼮閮烧咧?。因工程裂紋長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于金屬晶粒尺寸，故可將裂紋作為物體邊界，并將其周?chē)牧弦曌骶鶆蜻B續(xù)介質(zhì)，應(yīng)用斷裂力學(xué)方法研究裂紋擴(kuò)展規(guī)律 。由于S-N曲線(xiàn)是根據(jù)疲勞試驗(yàn)直到試樣斷裂得出的 ，所以對(duì)應(yīng)于S-N曲線(xiàn)上某一應(yīng)力水平的疲勞壽命N是總壽命 。在疲勞的整個(gè)過(guò)程中 ，塑性應(yīng)變與彈性應(yīng)變同時(shí)存在 。當(dāng)循環(huán)加載的應(yīng)力水平較低時(shí) ，彈性應(yīng)變起主導(dǎo)作用；當(dāng)應(yīng)力水平逐漸提高，塑性應(yīng)變達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，塑性應(yīng)變成為疲勞破壞的主導(dǎo)因素。按破壞循環(huán)次數(shù)的高低將疲勞分為兩類(lèi)：①高循環(huán)疲勞（高周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較低 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于104～105的疲勞 ，彈簧、傳動(dòng)軸等的疲勞屬此類(lèi)。②低循環(huán)疲勞（低周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于104～105的疲勞，如壓力容器、燃?xì)廨啓C(jī)零件等的疲勞。實(shí)踐表明，疲勞壽命分散性較大，因此必須進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，考慮存活率（即可靠度）的問(wèn)題 。具有存活率p（如95%、99%、99.9%）的疲勞壽命Np的含義是 ：母體（總體）中有p的個(gè)體的疲勞壽命大于Np。而破壞概率等于（ 1－ p ） 。常規(guī)疲勞試驗(yàn)得到的S-N曲線(xiàn)是p=50%的曲線(xiàn) 。對(duì)應(yīng)于各存活率的p的S-N曲線(xiàn)稱(chēng)為p-S-N曲線(xiàn)。

 

    某些零件、構(gòu)件是在高于或低于室溫下工作，或在腐蝕介質(zhì)中工作，或受載方式不是拉壓和彎曲而是接觸滾動(dòng)等，這些不同的環(huán)境因素可使零件、構(gòu)件產(chǎn)生不同的疲勞破壞。zui常見(jiàn)的有接觸疲勞、高溫疲勞、熱疲勞和腐蝕疲勞。此外，還有微動(dòng)磨損疲勞和聲疲勞等。①接觸疲勞。零件在高接觸壓應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生的疲勞。經(jīng)多次應(yīng)力循環(huán)后，零件的工作表面局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊金屬剝落，形成麻點(diǎn)或凹坑。接觸疲勞使零件工作時(shí)噪聲增加、振幅增大、溫度升高、磨損加劇，zui后導(dǎo)致零件不能正常工作而失效 。在滾動(dòng)軸承、齒輪等零件中常發(fā)生這種現(xiàn)象。②高溫疲勞 。在高溫環(huán)境下承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的疲勞。高溫是指大于熔點(diǎn)1/2以上的溫度，此時(shí)晶界弱化，有時(shí)晶界上產(chǎn)生蠕變空位，因此在考慮疲勞的同時(shí)必須考慮高溫蠕變的影響。高溫下金屬的S-N曲線(xiàn)沒(méi)有水平部分 ，一般用 107～108次循環(huán)下不出現(xiàn)斷裂的zui大應(yīng)力作為高溫疲勞極限；載荷頻率對(duì)高溫疲勞極限有明顯影響，當(dāng)頻率降低時(shí)，高溫疲勞極限明顯下降。③熱疲勞。由溫度變化引起的熱應(yīng)力循環(huán)作用而產(chǎn)生的疲勞。如渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、熱軋軋輥和熱鍛模等，常由于熱應(yīng)力的循環(huán)變化而產(chǎn)生熱疲勞。④腐蝕疲勞。在腐蝕介質(zhì)中承受循環(huán)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的疲勞。如船用螺旋槳、渦輪機(jī)葉片 、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等，常產(chǎn)生腐蝕疲勞。腐蝕介質(zhì)在疲勞過(guò)程中能促進(jìn)裂紋的形成和加快裂紋的擴(kuò)展。其特點(diǎn)有 ：S-N曲線(xiàn)無(wú)水平段；加載頻率對(duì)腐蝕疲勞的影響很大；金屬的腐蝕疲勞強(qiáng)度主要是由腐蝕環(huán)境的特性而定；斷口表面變色等。

 

    飛機(jī)、船舶、汽車(chē)、動(dòng)力機(jī)械、工程機(jī)械 、冶金、石油等機(jī)械以及鐵路橋梁等的主要零件和構(gòu)件，大多在循環(huán)變化的載荷下工作，疲勞是其主要的失效形式。因此，疲勞理論和疲勞試驗(yàn)對(duì)于設(shè)計(jì)各類(lèi)承受循環(huán)載荷的機(jī)械和結(jié)構(gòu)，成為重要的研究?jī)?nèi)容。疲勞有限壽命設(shè)計(jì)中進(jìn)行壽命估算，必須了解材料的疲勞性能，以此作為理論計(jì)算的依據(jù) 。由于疲勞壽命的長(zhǎng)短取決于所承受的循環(huán)載荷大小，為此還必須編制出供理論分析和全尺寸疲勞試驗(yàn)用的載荷譜，再根據(jù)與各種疲勞相適應(yīng)的損傷模型估算出疲勞壽命。疲勞理論的工程應(yīng)用，經(jīng)歷了從無(wú)限壽命設(shè)計(jì)到有限壽命設(shè)計(jì)，有限壽命設(shè)計(jì)尚處于*階段。發(fā)展趨勢(shì)是：①宏觀(guān)與微觀(guān)結(jié)合，探討從位錯(cuò)、滑移、微裂紋、短裂紋、長(zhǎng)裂紋到斷裂的疲勞全過(guò)程 ，尋求壽命估算各階段統(tǒng)一的物理-力學(xué)模型 。②研究不同環(huán)境下的疲勞及其壽命估算方法。③概率統(tǒng)計(jì)方法在疲勞中的應(yīng)用，如隨機(jī)載荷下的可靠性分析方法，以及耐久性設(shè)計(jì)等。