疲劳失效:你怎么知道?

在工程界，疲劳并不总是被很好地理解. 长期以来，人们一直认为，如果材料在其弹性范围内变形，当应力消除时，它不会携带任何残余应力或变形. 

我们现在知道，疲劳失效是一个极其重要的设计考虑在各种im体育平台app下载, including Aerospace, Transportation, Oil & Gas, Medical Devices, and more. 

我怎么知道我是否有疲劳失效? 

让我们假设你的产品经历了某种失败. 什么可能表明失败的性质? 如果我们看一下损坏的组件, 我们可以首先在断口表面寻找脆性或延性破坏模式.  在金属中，延性破坏通常表示静态破坏. 相反，金属的疲劳常常导致脆性断裂.  用最简单的话来说, 在延性破坏中, 零件内部经常会有很大的变形或挠曲. 这种变形是即将发生破坏的前兆. 

疲劳破坏的发生是基于裂纹的形成和扩展. 当裂缝开始时, 在裂纹尺寸达到临界极限之前，可能很难注意到很大的变化. 到那时可能已经太晚了. 对疲劳断裂表面的快速分析通常会显示出被称为“滩痕”的特征。. 这表明破坏从初始裂纹开始扩展. 一旦裂纹尺寸达到临界水平, 它会迅速传播，直到骨折完全. 

我如何设计防止疲劳失效?

一些最重要的因素是材料的选择, 应力集中, surface finish, 以及物质的不连续性.

1. 材料的选择是所有设计考虑中最重要的.  材料的选择可能受到包括经济在内的许多因素的限制, environmental, 服务限制.  选择具有高耐久极限的材料是一个很好的做法.  
2. 压力集中是另一个关键因素.  基本上，如果可能的话，所有的尖角都应该做成半径.  尖角提供应力集中，往往负责最初的裂纹.  
3. 表面光洁度是另一个重要组成部分.  材料强度课程教授了一个非常重要的课程:在许多加载配置中, 比如弯曲和扭转, 临界应力位于表面.  因此，无瑕疵的表面通常会使其具有良好的疲劳寿命.  
4. Lastly, 在微观层面上，物质的不连续性是不可避免的, 但良好的成形工艺将有助于减少它们.

重要的是要记住影响疲劳失效的因素, 必要时或经济上可行时, 制作保守的设计. 保守设计通常考虑“最坏的情况”。. 在这个例子中, 设计人员通常假设完全反向荷载，在确定理论耐久性极限时，通常考虑具有适度安全系数的修正古德曼设计准则. 一旦确定了理论使用寿命，并且该部件取得成果，机械 fatigue testing 产品验证的下一步是否在设计周期.

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