5-4疲劳过程及机理
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材料力学性能第五章_金属的疲劳
“彗星号”客机悲剧是世界航空史上首次发生的因金属 疲劳而导致飞机失事的事件，从此，在飞机设计中将结构 疲劳极限正式列入强度规范加以要求。
飞机舷窗
高速列车
5.1.3 疲劳宏观断口特征
疲劳断口保留了整个断裂过程的所有痕迹，记载着很多 断裂信息，具有明显的形貌特征，而这些特征又受材料 性质、应力状态、应力大小及环境因素的影响，因此对 疲劳断口的分析是研究疲劳过程、分析疲劳失效原因的 一种重要方法。 疲劳断裂经历了裂纹萌生和扩展过程。由于应力水平较 低，因此具有较明显的裂纹萌生和稳态扩展阶段，相应
疲劳破坏属低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命 的预测就显得十分重要和必要。
对缺口、裂纹及组织等缺陷十分敏感，即对缺陷 具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力 集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷(夹杂、 疏松、白点、脱碳等)，将降低材料的局部强度， 二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。
18
应力σmax/10MPa
40
20
灰铸铁
0 103 104
105
106
107
循环周次/次
108
109
41
图 几种材料的疲劳曲线
疲劳极限
有水平段（碳钢、合金结构钢、球铁等） 经过无限次应力循环也不发生疲劳断裂，将对应
的应力称为疲劳极限，记为σ-1（对称循环）
无水平段（铝合金、不锈钢、高强度钢等） 只是随应力降低，循环周次不断增大。此时，根 据材料的使用要求规定某一循环周次下不发生断 裂的应力作为条件疲劳极限。 例：高强度钢、铝合金和不锈钢：N＝108周次 钛合金：N＝107周次
大小：瞬断区大小与机件承受名义应力及材料性质 有关，高名义应力或低韧性材科，瞬断区大；反之。 瞬断区则小。
飞机舷窗
高速列车
5.1.3 疲劳宏观断口特征
疲劳断口保留了整个断裂过程的所有痕迹，记载着很多 断裂信息，具有明显的形貌特征，而这些特征又受材料 性质、应力状态、应力大小及环境因素的影响，因此对 疲劳断口的分析是研究疲劳过程、分析疲劳失效原因的 一种重要方法。 疲劳断裂经历了裂纹萌生和扩展过程。由于应力水平较 低，因此具有较明显的裂纹萌生和稳态扩展阶段，相应
疲劳破坏属低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命 的预测就显得十分重要和必要。
对缺口、裂纹及组织等缺陷十分敏感，即对缺陷 具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力 集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷(夹杂、 疏松、白点、脱碳等)，将降低材料的局部强度， 二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。
18
应力σmax/10MPa
40
20
灰铸铁
0 103 104
105
106
107
循环周次/次
108
109
41
图 几种材料的疲劳曲线
疲劳极限
有水平段（碳钢、合金结构钢、球铁等） 经过无限次应力循环也不发生疲劳断裂，将对应
的应力称为疲劳极限，记为σ-1（对称循环）
无水平段（铝合金、不锈钢、高强度钢等） 只是随应力降低，循环周次不断增大。此时，根 据材料的使用要求规定某一循环周次下不发生断 裂的应力作为条件疲劳极限。 例：高强度钢、铝合金和不锈钢：N＝108周次 钛合金：N＝107周次
大小：瞬断区大小与机件承受名义应力及材料性质 有关，高名义应力或低韧性材科，瞬断区大；反之。 瞬断区则小。
4-5铁电陶瓷的老化与疲劳现象
‹#›/228
§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
当温度高于居里点时，促使电荷积累的自发极化电场消 失。内偏置电场也将逐步消失。当对铁电体施加很强的外 电场时，外电场力将可能部分地克服空间电荷的牵制作用， 将自发极化调整到外电场方向上来，原来在老化过程中所 积累的电荷，由于自发极化改向而失去联系力，因而也将 逐步解散，即ε重新被激活。外施电场强度越高，则被激活 的程度也越大。
电子材料
国家级精品课程
§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
什么叫做铁电老化？ 什么叫铁电疲劳？ 铁电老化的特点及机理
‹#›/228
§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
什么叫做铁电老化？
初生产出来的铁电陶瓷，其某些介质参数会随储存时 间逐渐变化，尤其是铁电特性变弱，这种现象就称为铁 电老化（ferroelectric aging）。
‹#›/228
§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
铁电老化的机理 铁电陶瓷的老化机制，目前还没有公允的模型。 • 从热力学的观点分析 • 空间电荷的作用
‹#›/228
§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
• 从热力学的观点分析：
烧结后的铁电陶瓷降温到Tc附近时，通过电畴成核与成 长过程，出现了自发极化。这种在结构尚未调整到最佳状 态的晶粒中所形成的电畴，尚处于一种自由能较高的介稳 状态，故极易为外电场所定向，表现为较大的 ε 和 tgδ 。但 随着时间的增加，在热运动的激励之下，这种处于高能介 稳态之初生电畴将通过新畴成核，畴分裂，畴壁推移等方 式，以消除电畴初始形成瞬间残留下来的畴壁应力（主要 是 90°畴壁之间的应力），从而调整到自由能更低，更稳 定的电畴结构状态。
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§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
当温度高于居里点时，促使电荷积累的自发极化电场消 失。内偏置电场也将逐步消失。当对铁电体施加很强的外 电场时，外电场力将可能部分地克服空间电荷的牵制作用， 将自发极化调整到外电场方向上来，原来在老化过程中所 积累的电荷，由于自发极化改向而失去联系力，因而也将 逐步解散，即ε重新被激活。外施电场强度越高，则被激活 的程度也越大。
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§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
什么叫做铁电老化？ 什么叫铁电疲劳？ 铁电老化的特点及机理
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§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
什么叫做铁电老化？
初生产出来的铁电陶瓷，其某些介质参数会随储存时 间逐渐变化，尤其是铁电特性变弱，这种现象就称为铁 电老化（ferroelectric aging）。
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§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
铁电老化的机理 铁电陶瓷的老化机制，目前还没有公允的模型。 • 从热力学的观点分析 • 空间电荷的作用
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§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
• 从热力学的观点分析：
烧结后的铁电陶瓷降温到Tc附近时，通过电畴成核与成 长过程，出现了自发极化。这种在结构尚未调整到最佳状 态的晶粒中所形成的电畴，尚处于一种自由能较高的介稳 状态，故极易为外电场所定向，表现为较大的 ε 和 tgδ 。但 随着时间的增加，在热运动的激励之下，这种处于高能介 稳态之初生电畴将通过新畴成核，畴分裂，畴壁推移等方 式，以消除电畴初始形成瞬间残留下来的畴壁应力（主要 是 90°畴壁之间的应力），从而调整到自由能更低，更稳 定的电畴结构状态。
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§4-5 铁电陶瓷的老化与疲劳现象
第五章金属的疲劳
第五章金属的疲劳本章从材料学的角度研究金属疲劳的一般规律、疲劳破坏过程及机理、疲劳力学性能及其影响因素，以便为疲劳强度设计和选用材料，改进工艺提供基础知识。
第一节金属疲劳现象及特点一、变动载荷1. 变动载荷定义：变动载荷是引起疲劳破坏的外力，指载荷大小，甚至方向均随时间变化的载荷，在单位面积上的平均值为变动应力。
2. 循环应力二、疲劳现象及特点1. 分类疲劳定义：机件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。
（1）按应力状态不同，可分为：弯曲疲劳、扭转疲劳、挤压疲劳、复合疲劳（2）按环境及接触情况不同，可分为：大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、接触疲劳（3）按断裂寿命和应力高低不同，可分为：高周疲劳、低周疲劳，这是最基本的分类方法2. 特点（1）疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂断裂应力水平往往低于材料抗拉强度，甚至低于屈服强度。
断裂寿命随应力不同而变化，应力高寿命短，应力低寿命长。
当应力低于某一临界值时，寿命可达无限长。
（2）疲劳是脆性断裂由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低，所以不论是韧性材料还是脆性材料，在疲劳断裂前不会发生塑性变形及有形变预兆，它是在长期累积损伤过程中，经裂纹萌生和缓慢亚稳扩展到临界尺寸a c时才突然发生的。
因此，疲劳是一种潜在的突发性断裂。
（3）疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感由于疲劳破坏是从局部开始的，所以它对缺陷具有高度的选择性。
缺口和裂纹因应力集中增大对材料的损伤作用，组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等）降低材料的局部强度，三者都加快了疲劳破坏的开始和发展。
三、疲劳宏观断口特征（1）疲劳源:在断口上，疲劳源一般在机件表面，常与缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，由于应力不集中会引发疲劳裂纹。
材料内部存在严重冶金缺陷时，因局部强度降低也会在机件内部产生疲劳源。
从断口形貌看，疲劳源区的光亮度最大，因为这里是整个裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压，所以显示光亮平滑。
材料力学性能-第五章-其它疲劳类型(1)
第五章 金属的疲劳
不论是循环硬化材料还是循环软化
材料，应力－应变回线只有在循环周次
达到一定值后才是闭合的—达到稳定状
态。对于每一个固定的应变幅，都能得
到相应的稳定的滞后回线，将不同应变
幅的稳定滞后回线的顶点连接起来，就
得到图5-47所示的循环应力－应变曲线。
2021年10月21日 星期四
第五章 金属的疲劳
时控制材料疲劳行为的已不是名义应力，而是塑
性变形区的循环塑性应变，所以，低周疲劳实质
上是循环塑性应变控制下的疲劳。
2021年10月21日 星期四
第五章 金属的疲劳
由于塑性变形的存在，应力
B
应变之间不再呈直线关系，
A
循环稳定后形成如图5-44所 示的封闭回线。
E
C
O
开始加载：O A B；
卸载：B C； 反向加载：C D； 反向卸载：D E； 再次拉伸：E B；
从而产生循环硬化。在冷加工后的金属中，充
满位错缠结和障碍，这些障碍在循环加载中被
破坏，或在一些沉淀强化不稳定的合金中，由
于沉淀结构在循环加载中被破坏均可导致循环
软化。
2021年10月21日 星期四
第五章 金属的疲劳
二、低周疲劳的应变－寿命(-N)曲线
低周疲劳时总应变幅t包括弹性应变幅e和
塑性应变幅p，即t＝e＋p。Manson和Coffin
2021年10月21日 星期四
第五章 金属的疲劳
在双对数坐标图上，上式等号右端两项是两条
直线，分别代表弹性应变幅-寿命线和塑性应变幅
寿命线，两条直线叠加成总应变幅-寿命线，如图5-
48所示。
直线交点对应的寿命称为过渡寿 命。交点左侧塑性应变幅起主导作 用，材料疲劳寿命由塑性控制；交 点右侧弹性应变幅起主导作用，材 料疲劳寿命由强度决定。因此，在 选择材料和确定工艺时，要弄清机 件承受哪一类疲劳。
《材料性能学》课件——第五章 材料的疲劳性能
飞机的疲劳、腐蚀和磨损是引起飞机事故的3种主要模式。 据国外资料统计，飞机由结构引发的故障，80%以上是由疲 劳失效引起的。飞机疲劳寿命主要取决于两个方面因素：一 方面是飞机自身的内部因素，即飞机结构的疲劳设计、材料 和加工质量等；另一方面是飞机的外部因素，即飞机的实际 使用载荷。
前言
材料的疲劳问题研究从近150多年开始一直受到人们的关注，原因 之一就是工程中的零件或构件的破坏80%以上是由于疲劳引起。
图5-5 疲劳微裂纹的3种形式
晶界或亚晶 界处开裂
1、疲劳裂纹的萌生 在循环载荷的作用下，会在试件表面形成循环滑
移带。循环滑移带在表面加宽过程中，还会出现挤出 脊和侵入沟，随着挤出脊高度与侵入沟深度的不断增 加。侵入沟就像很尖锐的微观缺口，应力集中严重， 疲劳微裂纹也就易在此处萌生。
图5-6 金属表面“挤出”与“侵入”并形
三、疲劳断口的宏观特征
机件疲劳破坏的疲劳源可以是一个，也可以是 多个，它与机件的应力状态及过载程度有关。如单 向弯曲疲劳仅产生一个源区，双向反复弯曲可出现 两个疲劳源。过载程度愈高，名义应力越大，出现 疲劳源的数目就越多。若断口中同时存在几个疲劳 源，可根据每个疲劳区大小、源区的光亮程度确定 各疲劳源产生的先后，源区越光亮，相连的疲劳区 越大，就越先产生；反之，产生的就晚。
3、复合材料的疲劳破坏机理
疲劳破坏特点： (1)有多种疲劳损伤形式：如界面脱粘，分层、 纤维断裂、空隙增长等。实际上，每种损伤模 型都是由多种微观裂纹(或微观破坏)构成的。 损伤沿着最佳方位起始和扩展，可以一种或多 种形式出现。
3、复合材料的疲劳破坏机理
⑵复合材料不会发生瞬时的疲劳破坏，常常难以确 认破坏与否，故不能沿用金属材料的判断准则。常 以疲劳过程中材料弹性模量下降的百分数(如下降l ％~2％)、共振频率变化(如1~2Hz)作为破坏依据。
前言
材料的疲劳问题研究从近150多年开始一直受到人们的关注，原因 之一就是工程中的零件或构件的破坏80%以上是由于疲劳引起。
图5-5 疲劳微裂纹的3种形式
晶界或亚晶 界处开裂
1、疲劳裂纹的萌生 在循环载荷的作用下，会在试件表面形成循环滑
移带。循环滑移带在表面加宽过程中，还会出现挤出 脊和侵入沟，随着挤出脊高度与侵入沟深度的不断增 加。侵入沟就像很尖锐的微观缺口，应力集中严重， 疲劳微裂纹也就易在此处萌生。
图5-6 金属表面“挤出”与“侵入”并形
三、疲劳断口的宏观特征
机件疲劳破坏的疲劳源可以是一个，也可以是 多个，它与机件的应力状态及过载程度有关。如单 向弯曲疲劳仅产生一个源区，双向反复弯曲可出现 两个疲劳源。过载程度愈高，名义应力越大，出现 疲劳源的数目就越多。若断口中同时存在几个疲劳 源，可根据每个疲劳区大小、源区的光亮程度确定 各疲劳源产生的先后，源区越光亮，相连的疲劳区 越大，就越先产生；反之，产生的就晚。
3、复合材料的疲劳破坏机理
疲劳破坏特点： (1)有多种疲劳损伤形式：如界面脱粘，分层、 纤维断裂、空隙增长等。实际上，每种损伤模 型都是由多种微观裂纹(或微观破坏)构成的。 损伤沿着最佳方位起始和扩展，可以一种或多 种形式出现。
3、复合材料的疲劳破坏机理
⑵复合材料不会发生瞬时的疲劳破坏，常常难以确 认破坏与否，故不能沿用金属材料的判断准则。常 以疲劳过程中材料弹性模量下降的百分数(如下降l ％~2％)、共振频率变化(如1~2Hz)作为破坏依据。
材料力学性能_第五章
每一次小扩展，便认为是一次断 裂过程，△K为裂纹尖端控制裂纹扩
展的复合力学参量。
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§5.3 疲劳裂纹(liè 扩展 wén)
36
二、疲劳裂纹扩展速率
lg(da/dN)~lg△K曲线
I区（初始段） △K≤△Kth: da/dN值很小，裂纹不扩展。 △K>△Kth: △K↑，da/dN↑，裂纹扩展 但不快。 I区所占寿命不长。 II区（主要(zhǔyào)段） △K↑，da/dN较大，裂纹亚稳扩展，是决 定疲劳裂纹扩展寿命的主要段。 III区（最后段） △K↑，da/dN↑↑，裂纹失稳扩展。
从而在破坏前就被修理(xiūlǐ)或报废。
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§5.3 疲劳裂纹 扩展 (liè wén)
34
一、疲劳裂纹扩展曲线
高频疲劳试验机；
固定裂纹预制长度a0、应力比r和应 力幅△σ； 作a~N曲线，曲线斜率da/dN为裂 纹扩展速率。 裂纹达到ac，da/dN无限大，裂 纹失稳扩展，试样最后断裂。 若改变应力△σ1增加到△σ2则裂纹
材料力学 性能 (cái liào lì xué)
第五章 材料(cáiliào)在变动载荷下 的力学性能
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第五章 材料在变动(biàndòng)载荷下的力学性能
5-1 金属疲劳现象(xiànxiàng)及特点
5-2 疲劳曲线及基本(jīběn)疲劳力学性能
有时在疲劳区的后部，还可看到沿扩展方向的疲劳台阶
（高应力作用）。 3、瞬断区
一般在疲劳源的对侧。脆性材料为结晶状断口；韧性材料有放射状 纹理；边缘为剪切唇。
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§5.1 金属(jīnshǔ)疲劳现象及特点
16
2024Al合金(héjīn)疲劳条纹
展的复合力学参量。
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§5.3 疲劳裂纹(liè 扩展 wén)
36
二、疲劳裂纹扩展速率
lg(da/dN)~lg△K曲线
I区（初始段） △K≤△Kth: da/dN值很小，裂纹不扩展。 △K>△Kth: △K↑，da/dN↑，裂纹扩展 但不快。 I区所占寿命不长。 II区（主要(zhǔyào)段） △K↑，da/dN较大，裂纹亚稳扩展，是决 定疲劳裂纹扩展寿命的主要段。 III区（最后段） △K↑，da/dN↑↑，裂纹失稳扩展。
从而在破坏前就被修理(xiūlǐ)或报废。
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§5.3 疲劳裂纹 扩展 (liè wén)
34
一、疲劳裂纹扩展曲线
高频疲劳试验机；
固定裂纹预制长度a0、应力比r和应 力幅△σ； 作a~N曲线，曲线斜率da/dN为裂 纹扩展速率。 裂纹达到ac，da/dN无限大，裂 纹失稳扩展，试样最后断裂。 若改变应力△σ1增加到△σ2则裂纹
材料力学 性能 (cái liào lì xué)
第五章 材料(cáiliào)在变动载荷下 的力学性能
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第五章 材料在变动(biàndòng)载荷下的力学性能
5-1 金属疲劳现象(xiànxiàng)及特点
5-2 疲劳曲线及基本(jīběn)疲劳力学性能
有时在疲劳区的后部，还可看到沿扩展方向的疲劳台阶
（高应力作用）。 3、瞬断区
一般在疲劳源的对侧。脆性材料为结晶状断口；韧性材料有放射状 纹理；边缘为剪切唇。
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§5.1 金属(jīnshǔ)疲劳现象及特点
16
2024Al合金(héjīn)疲劳条纹
5-4 局部腐蚀-2
•缝隙尺寸 缝隙尺寸
造成缝隙腐蚀的缝隙是狭缝， 造成缝隙腐蚀的缝隙是狭缝，一般认
0.1毫米范围。 为其尺寸在0.025 ∼ 0.1毫米范围。宽
度太小则溶液不能进入，不会造成缝内 度太小则溶液不能进入， 腐蚀；宽度太大则不会造成物质迁移困 腐蚀； 难，缝内腐蚀和缝外腐蚀无大的差别。 缝内腐蚀和缝外腐蚀无大的差别。
●●
腐蚀因素
（1）SCC对环境有选择性 SCC对环境有 （2）氧化剂的存在有决定性作用 氧化剂的存在有决定性作用 （3）温度有着重要的影响。一般来说，温 温度有着重要的影响。一般来说， 有着重要的影响 度升高，材料发生SCC的倾向增大。 SCC的倾向增大 度升高，材料发生SCC的倾向增大。 干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更 使有害离子浓缩 （4）干湿交替环境使有害离子浓缩，SCC更 容易发生。 容易发生。
同孔蚀） 评定方法 （同孔蚀）
氧 浓 度 升 毫 克 6 8
缝隙宽度: 缝隙宽度: 1
2 3
3.5mm 2.7mm 2.0mm
铝合金
4
1 2
2 3 0
12
24
36
48
2
4
6 度
8
时间(小时 时间 小时) 小时
缝隙
度
缝隙
度
主体溶液Cl-浓度(ppm) 主体溶液Cl-浓度(ppm) Cl
104
100~200 1000 10000
(4) 裂缝方向宏观上和拉引力垂直，其形态 裂缝方向宏观上和拉引力垂直， 宏观上和拉引力垂直 有晶间型，穿晶型，混合型。 有晶间型，穿晶型，混合型。 的破断时间tf (5) SCC有孕育期，因此 有孕育期，因此SCC的破断时间 的破断时间 可分为孕育期，发展期和快断期三部分。 可分为孕育期，发展期和快断期三部分。 (6)发生 (6)发生SCC的合金表面往往存在钝化膜或 发生 的合金表面往往存在钝化膜或 其他保护膜， 其他保护膜，在大多数情况下合金发生 SCC时均匀腐蚀速度很小，因此金属失 时均匀腐蚀速度很小，因此金属失 时均匀腐蚀速度很小 重甚微。 重甚微。
第三节运动性疲劳
C.兴奋性下降 D．应激性
4.运动生理学中，将脑至脊髓所产生的疲劳统称为 ( B)，运动神经以下所产生的疲劳统称为( )。
A A 外周疲劳 B 中枢疲劳
C 局部疲劳 D 全身疲劳
5.目前认为疲劳时，心电图S－T段( B)，T波可能 ( )。C A 上移 B 下移 C 倒置 D
6.疲劳时肌电振幅上升或下降，肌电图功率谱( )， 低频B成分( )。 C A 右移 B 左移 C 增加 D 减少
3.脑电图
• 判断方法：疲劳时由于神经元抑制过程发展， 可表现为慢波成分的增加。
(五)主观感觉判断疲劳
• 测试方法：锻炼者 在运动过程中根据 RPE表指出自我感 觉的等级，以此来 判断疲劳程度。如 果用RPE的等级数 值乘以l0，相应的 得数就是完成这种 负荷的心率。
(六)测定运动中心率评定疲劳
降低，而补充糖后工作能力有一定程度的提高现象
CP贮备下降程度与运动强度的关系
(二)“堵塞学说”
• 观点： 代谢产物在肌组织中堆积
• 依据：疲劳时肌肉中乳酸等代谢产物增多， 由于乳酸堆积而引起肌组织和血液中pH值 的下降，阻碍神经肌肉接点处兴奋的传递， 影响冲动传向肌肉，抑制果糖磷酸激酶活 性，从而抑制糖酵解，使ATP合成速率减 慢。另外，pH值下降还使肌浆中Ca++的浓 度下降，从而影响肌球蛋白和肌动蛋白的 相互作用，使肌肉收缩减弱。
• 此外，血糖下降、缺氧、pH值下降、盐丢失和 渗透压升高等，也会促使皮质神经元工作能力下 降，从而促进疲劳(保护性抑制)的发生和发展。
(五)“突变理论”
• 观点：运动过 程中三维空间 （能量消耗、 肌力下降和兴 奋性改变）关 系改变所致 。
肌肉疲劳控制链
• 代表人Edwards认为：在肌肉疲劳的发展过程中， 存在着不同途径的逐渐衰减突变过程，其主要途 径包括:
4.运动生理学中，将脑至脊髓所产生的疲劳统称为 ( B)，运动神经以下所产生的疲劳统称为( )。
A A 外周疲劳 B 中枢疲劳
C 局部疲劳 D 全身疲劳
5.目前认为疲劳时，心电图S－T段( B)，T波可能 ( )。C A 上移 B 下移 C 倒置 D
6.疲劳时肌电振幅上升或下降，肌电图功率谱( )， 低频B成分( )。 C A 右移 B 左移 C 增加 D 减少
3.脑电图
• 判断方法：疲劳时由于神经元抑制过程发展， 可表现为慢波成分的增加。
(五)主观感觉判断疲劳
• 测试方法：锻炼者 在运动过程中根据 RPE表指出自我感 觉的等级，以此来 判断疲劳程度。如 果用RPE的等级数 值乘以l0，相应的 得数就是完成这种 负荷的心率。
(六)测定运动中心率评定疲劳
降低，而补充糖后工作能力有一定程度的提高现象
CP贮备下降程度与运动强度的关系
(二)“堵塞学说”
• 观点： 代谢产物在肌组织中堆积
• 依据：疲劳时肌肉中乳酸等代谢产物增多， 由于乳酸堆积而引起肌组织和血液中pH值 的下降，阻碍神经肌肉接点处兴奋的传递， 影响冲动传向肌肉，抑制果糖磷酸激酶活 性，从而抑制糖酵解，使ATP合成速率减 慢。另外，pH值下降还使肌浆中Ca++的浓 度下降，从而影响肌球蛋白和肌动蛋白的 相互作用，使肌肉收缩减弱。
• 此外，血糖下降、缺氧、pH值下降、盐丢失和 渗透压升高等，也会促使皮质神经元工作能力下 降，从而促进疲劳(保护性抑制)的发生和发展。
(五)“突变理论”
• 观点：运动过 程中三维空间 （能量消耗、 肌力下降和兴 奋性改变）关 系改变所致 。
肌肉疲劳控制链
• 代表人Edwards认为：在肌肉疲劳的发展过程中， 存在着不同途径的逐渐衰减突变过程，其主要途 径包括:
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金属表面挤出和侵入并形成裂纹
↑
↑
↓
↓
↑ ↓ ↓
↑
柯垂耳柯垂耳-赫尔模型
（3）防止措施 ↑材料的滑移抗力,阻止疲劳裂纹的萌生 材料的滑移抗力,
固溶强化 细晶强化 形变强化
2、相界面开裂 两相（包括第二相、夹杂） 两相（包括第二相、夹杂）间的结合力差 ，易在相结合处或弱相内出现开裂。 易在相结合处或弱相内出现开裂。 防止措施: 防止措施: A、↓第二相脆性 B、↑相界面结合强度 C、控制第二相数量、形态、大小和分布: 控制第二相数量、形态、大小和分布: 少、圆、小、匀
第四节 疲劳过程及机理
疲劳过程： 疲劳过程：裂纹萌生 亚稳扩展 、失稳扩展和断裂 、 一、裂纹萌生及机理 常将0.05~0.1mm的裂纹定为疲劳裂纹核。 0.05~0.1mm的裂纹定为疲劳裂纹核 常将0.05~0.1mm的裂纹定为疲劳裂纹核。 不均匀塑性形变。 不均匀塑性形变。 引起裂纹萌生的原因： 应力集中、 引起裂纹萌生的原因： 应力集中、 方式为： A、表面滑移带开裂；、第二相、夹杂物或其界面开裂； 方式为： 表面滑移带开裂； 第二相、夹杂物或其界面开裂； B C、晶界或亚晶界开裂。 晶界或亚晶界开裂。 1、滑移带开裂 （1）驻留滑移带 在交变载荷作用下，永留或能再现的循环滑移带， 在交变载荷作用下，永留或能再现的循环滑移带， 称为驻留滑移带 通过位错的交滑移，使驻留滑移带加宽。 通过位错的交滑移，使驻留滑移带加宽。
第一 阶段 第二 ↓ 阶段
疲劳微观断口特征： 疲劳微观断口特征： 疲劳条纹（疲劳辉纹） 疲劳条纹（疲劳辉纹） 一条辉纹就是一次循环的结果
疲劳条纹（疲劳辉纹） 疲劳条纹（疲劳辉纹） 韧性条带（ 脆性条带（ 韧性条带（上）脆性塑性钝化模型 （1）Laird塑性钝化模型 裂纹不再扩展的过程， 裂纹不再扩展的过程， 称为“塑性钝化” 称为“塑性钝化” 该模型对韧性材料 的疲劳扩展很有用。 的疲劳扩展很有用。 材料的强度越低， 材料的强度越低， 裂纹扩展越快，条带越宽。 裂纹扩展越快，条带越宽。 裂纹张开-- 钝化-裂纹张开 钝化 变锐的模型
延性金属中的滑移
约0.1µm
材料表面 材料表面
a) 粗滑移
b) 细滑移
N=104⇒应力集中 ⇒104 N=2.7 105 N=5 滑移带 ⇒驻留滑移带 扰动载荷 多晶体镍恒幅应力循环） （多晶体镍恒幅应力循环） 微裂纹、 宏观裂纹、 ⇒微裂纹、扩展 ⇒宏观裂纹、扩展
（2）挤出脊和侵入沟 滑移带在表面加宽过程中，还会向前或向后移动， 滑移带在表面加宽过程中，还会向前或向后移动， 形成挤出脊和侵入沟
三种破坏形式: 三种破坏形式:
微解理型
低速率
lg da/dN
微孔聚合为主
10 -9 -5 ~-6
10
条纹为主 微解理为主
1 2 3
条纹型
稳定扩展
∆ Kth
lg( ∆ K)
微孔聚合型
高速率
（2）再生核模型 疲劳裂纹的扩展是断续的。 疲劳裂纹的扩展是断续的。 主裂纹前方是弹塑性交界点 三向拉应力区）可形成新裂纹核。 （三向拉应力区）可形成新裂纹核。 主裂纹和裂纹核之间发生 相向长大、桥接，使主裂纹向前扩展。 相向长大、桥接，使主裂纹向前扩展。 强度高的材料，可形成解理裂纹。 强度高的材料，可形成解理裂纹。
3、晶界(亚晶界)处开裂 晶界(亚晶界) 位错运动易发生塞积，出现应力集中，晶界开裂。 位错运动易发生塞积，出现应力集中，晶界开裂。 防止措施: 防止措施: A、晶界强化 B、晶界净化 C、细化晶粒
二、疲劳裂纹扩展过程及机理 1、裂纹扩展的两个阶段 A、第一阶段 沿主滑移系 以纯剪切方式向内扩展； 以纯剪切方式向内扩展； 扩展速率仅0.1μm数量级。 0.1μm数量级 扩展速率仅0.1μm数量级。 B、第二阶段 da/dN的II区 在da/dN的II区。 晶界的阻碍作用， 使扩展方向逐渐垂直于主应力方向； 晶界的阻碍作用， 使扩展方向逐渐垂直于主应力方向； 扩展速率μm级 扩展速率μm级； μm 可以穿晶扩展。 可以穿晶扩展。 晶粒 ↑