疲劳失效现象解释

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疲劳现象

设备在工作运转时会承受周期性变化的应力，最常见的便是齿轮啮合与轴承旋转。齿轮每旋转一周，单个轮齿会啮合一次，接触力从零开始增加到最大之后下降到零，齿轮旋转下一周再次重复上述过程。所以其应力也会呈现这样的变化，对于周期性变化的应力我们称之为交变应力。

再如电机的不平衡载荷使基座或者梁受迫振动，交变应力与静应力引起的失效完全不同，虽然交变应力没有超过屈服应力，但是长期的反复作用构件会突然断裂且断裂前无明显的塑性变形，这种现象称之为疲劳失效

疲劳的微观解释

交变应力作用下，金属中较弱的晶体沿着最大切应力作用面形成滑移带，滑移带开裂形成微观裂纹。在构件外形突变处、内部缺陷、表面刀路等都可能引起微观裂纹。而分散的微观裂纹经过聚集形成宏观裂纹。所以以上便是裂纹的萌生阶段。宏观裂纹会进一步扩展，使得截面削弱，当达到一定程度后便突然断裂。

上图是典型的疲劳断裂截面图。光滑区是由于裂纹在交变载荷作用下时而压紧时而分开，多次反复便形成光滑区域。颗粒状的粗糙区域是最后瞬间断裂形成。

来源：三维机械设计工程师

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首次发布时间：2022-10-20