第11章  金属的高周疲劳试验

工程上有许多构件在服役过程中承受的应力大小、方向呈周期性变化，这种随时间做周期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力作用下即使构件所承受的应力低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服强度时，经过较长时间工作也会发生断裂，这种现象叫作金属的疲劳。疲劳失效是指材料在交变应力的反复作用下，经过一定的循环次数后产生破坏的现象。由于疲劳失效前材料往往不会出现明显的宏观塑性变形，这种破坏容易造成严重的灾难性事故。统计表明，在机械失效总数中疲劳失效约占80%以上，因此疲劳问题引起了材料研究者和飞机设计者的极大关注。疲劳设计准则建立在结构无初始缺陷的基础上，要求结构在使用寿命期内不出现宏观损伤，一旦发现结构关键部位出现宏观可检裂纹，就认为结构已经破坏。

研究材料在交变载荷作用下的力学行为、裂纹萌生扩展特性、评定材料的疲劳抗力和预测构件的疲劳寿命等成为金属力学性能的重要研究课题。

疲劳按其承受交变载荷的大小及循环次数的高低，通常分为高周疲劳和低周疲劳两大类。前者表征材料在线弹性范围内抵抗交变应力破坏的能力，一般包括疲劳强度、疲劳极限和S-N曲线。后者则表征材料在弹塑性范围内抵抗交变应变破坏的能力，一般用循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线表征。本章主要介绍高周疲劳试验的相关知识。