– 表面上的自然划痕和加工痕; – 腐蚀坑或晶间腐蚀; – 铸造气孔; – 锻造成型留下的圈痕; – 脆面层
裂纹的产生和扩展: STAGE I AND II
裂纹的产生和扩展: STAGE I AND II (续)
~1Байду номын сангаасm
Persistent Slip Band Formation
Stage I Crack Growth
Nf = Ni + Np
Total Life
= Crack Initiation + Crack Growth
S-N
Local Strain
LEFM
应力寿命 (S-N) 方法
应力寿命 (S-N) 理论
• S-N 方法评估全寿命，而没有清楚区分初 始裂纹和裂纹扩展
• 它通常要求涉及到几何模型的试验数据是 结构S-N曲线
snom
s nom
The life of this . . . . . . . . . . . . . . . . is the same as the life of this . . . . . if both are subject to the same nominal stress
E-N 方法
• 材料S-N曲线从光滑样件试验中获得，随后 可以修改成为反映缺口，表面处理等影响 的实际结构的曲线
假设和定义
● 变形可以被分成弹性(可完全回复的)和塑 性(永久变形的)部分
● 应力范围是一个循环中的最大、最小应 力的代数差
● 应力幅值是应力范围的一半
S-N曲线
早期疲劳试验
Wohler的铁路部件试验设备 (1852 to 1870)
方法总结
• This is an interesting view of the 3 methods but is practically flawed because in reality the S-N and E-N approaches are just slightly different versions of the same type of approach.
Plastic (Low Cycle

Fatigue Line)
Elastic (High Cycle Fatigue Line)
N
S-N和E-N疲劳曲线比较
Low Cycle Region
(EN Method)
High Cycle Region
(SN or EN Method)
'Infinite Life'
• 也称作局部应变方法，裂纹萌生方法，和应 变-寿命方法。
• E-N方法是汽车行业里评估寿命方法中最常 用的一个。
• 实际上，裂纹萌生意味着已经有1-2mm的 裂纹发生。这往往在部件寿命中占较高比例。
• 许多汽车部件的设计允许使用中出现大的塑 性变形(特别是在试车场)。这种情况下 E-N
E-N方法- 相似理论
耐久性和疲劳分析概述
什么是耐久性?
• 耐久性是…
“保证其经久耐用的能力!”
• 可靠性是…
“在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的机 会!”
疲劳定义
参照BS 7608:
“疲劳是指反复应力作用下裂纹或裂纹群的产生和逐步扩 展所导致的结构部件破坏的现象”
• 从实践角度，疲劳是：
– 在不断变化下的负载作用下导致失效的过程， 并且实际应力值低于屈服强度;
• 裂纹扩展方法是以线弹性断裂力学(LEFM) 为基础的
• 它将应力强度因子和裂纹扩展速率联系起来
• 采用逐个循环计算来预测寿命
裂纹扩展方法- 相似理论
This crack . . . . . . . grows at the same rate as this one if both experience the same stress intensity factors
S-N 方法
• 也称为应力-寿命和全寿命方法
• 评估产生严重失效的总疲劳寿命
• 疲劳寿命由对数应力-循环(S-N)曲线计算
• 该方法适合于长寿命疲劳失效问题，因为该 方法是基于名义弹性应力，即使有小的塑性 发生。
Stress Amplitude
S-N 方法 – 相似理论
Unnot ched Shaft Notched Shaft Life in Cycles
Stage II Crack Growth
疲劳寿命计算方法概述
疲劳寿命方法
• S-N (Stress-Life方法)
名义或局部弹性应力与总寿命的关系
• E-N (Strain-Life方法)
局部应变与裂纹萌生寿命的关系
• LEFM (裂纹扩展方法)
– 应力强度与裂纹扩展速率的关系
所有的方法均都基于相似性原理
e
e
The crack initiation life here . . . . . is the same as it is here . . . . . if both experience the same local strains
应变-寿命 (E-N)曲线
● 也称作“低周期疲劳” 或“局部应变方法” ● 局部应变可以是弹性或塑性，因此它适于低周期疲劳。
/s
E-N Curve S-N Curve
1000 Cycles
107 Cycles
S-N & E-N 曲线在高周期 区域重合因为名义应力是 线弹性的
E-N 也能用到低周期区域 。S-N不能, 因为该区域不 存在线性应力-应变关系
N
裂纹扩展(LEFM)方法
• 裂纹萌生后剩余的寿命是多少?
• 一个已经或即将发生裂纹的部件其安全寿命 或相应监测计划是怎样的?
早期S-N曲线
Stress Amplitude
Unnotched Shaft Notched Shaft
Log (fatigue life)
Wohler的一些旋转弯曲试验数据
S-N 方法
• S-N 方法用名义应力范围作为疲劳载荷的 度量
– 由裂纹萌生和随后的裂纹扩展组成，裂纹萌生
疲劳的物理基础
• 疲劳失效通常开始于样品或部件的表面
• 疲劳失效开始于小的微观裂纹，因此对 微小的应力增加都非常敏感
• 疲劳的过程包含从持续的滑移带上微小
疲劳的物理基础(续)
小裂纹产生的原因很多:
– 第二相粒子的裂变或界面脱离(cracking or debonding of second phase particles);