基本概念

疲劳

材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。根据循环荷载的幅值和频率，疲劳可以分为等幅疲劳、变幅疲劳和随机疲劳;根据材料破坏前所经历的循环次数(即寿命)以及疲劳荷载的应力水平，疲劳又可以分为高周疲劳、低周疲劳和亚临界疲劳。

疲劳寿命

疲劳破坏时所经历的应力、应变循环次数。

疲劳极限

指定基数下的中值疲劳强度，对当循环基数为其他值时，称为该循环基数下的条件疲劳极限，有时简称为该循环基数下的疲劳强度。

疲劳累积损伤

谱荷载下疲劳损伤的积累。线性损伤时常用循环比的和表示，即D= ΣCi，其中Ci为第i级应力水平下的循环比。

疲劳破坏准则

疲劳破坏时应力空间或应变空间破坏包络面的数学表达式。可供工程中疲劳计算分析时使用，但它不解决对疲劳破坏的物理和力学机理的认识。

S-N曲线

又称应力一寿命曲线，是疲劳过程中所施加的应力水平与至破坏的循环次数即寿命之间的关系曲线。S代表应力水平，可以是循环过程中的最大应力、应力幅等，N表示寿命，可以用线性寿命，也可以用对数寿命。S-N曲线由德国人Wohler最先提出并使用，所以又被称为Wohler曲线。通常所说的S-N曲线的N是具有50%的保证率的，即所谓的中值疲劳寿命。

研究历史

有记载的最早的疲劳试验是德国人W. A.艾伯特在1829年进行的。他对矿山提升用的焊接链反复加载，在100000次循环后破坏。1839年，法国人J. V.彭赛列在他的著作中首次使用“疲劳”这个词。1843年，苏格兰人W. J. M.兰金讨论来机车车轴的破坏，认为是由于运行过程中金属性能逐渐变坏所致。他分析来车轴轴肩处尖角的有害影响，指出加大轴肩圆角的半径可以提高其疲劳强度。与此同时，英国成立了一个委员会，调查用铁作为建造铁路桥梁的材料的适用性，在对梁进行了若干次试验后指出，梁在静载荷下可以承受接近破坏的载荷达四年之久而不破坏，但如用静破坏载荷一半使梁反复弯曲，只要1000次循环梁就破坏。足以表明疲劳破坏时，远远低于梁的极限载荷。

第一次对疲劳强度进行系统试验的是德国人A.沃勒，他从1847年至1889年在斯特拉斯堡皇家铁路工作期间，完成来循环应力下的多种疲劳试验。1850年，他设计了旋转疲劳试验机，用来进行疲劳试验，认识到疲劳破坏可以在应力低于弹性极限时发生，并存在一个应力幅极限值，当应力幅小于该值时就不会发生疲劳破坏。并且他首次提出S-N曲线及疲劳极限的概念。此外，他还研究来热处理、应力集中和叠加静载荷对疲劳的影响，对疲劳来讲，应力幅要比平均应力更为重要。1884年J.包辛格在验证A.沃勒的疲劳试验时，发现“循环软化”现象，当时并未引起人们的重视，直到1952年柯杨在做铜棒的疲劳试验时才被重新提出来，并命名为“包辛格效应”。因此，J.包辛格是首先研究循环应力一应变关系的人。

1874年，W.格伯根据A.沃勒的试验数据，对平均应力不为零的疲劳破坏以“极限”来表达，在任意给定寿命下都可画出相应的疲劳极限线图，即格伯抛物线。1930年，英国人J.古德曼对疲劳极限线图提出简化假设，即用直线连接纵轴上的对称循环疲劳极限点和横轴上的强度极限点，以此来代替格伯抛物线。

1903年，J. A.尤因和J. C. W.汉弗对铁进行了旋转弯曲疲劳试验。在试验过程中，用光学显微镜观察式样发现，在循环应力作用下晶体中产生滑移线，随着循环数的增加，滑移线逐渐变深、变宽，形成滑移带，并在某个晶体上首先出现开裂，再在晶体之间连接起来形成一条长的连续的裂纹，最后导致破坏。

1923年，英国人H. J.高夫对疲劳理论提出来另一种假设。他认为在应力幅低于疲劳极限，将不产生塑性变形;如应力幅高于疲劳极限，应变硬化将达到一个极限值，从而形成裂纹。