疲劳基础知识介绍
2.疲劳基础知识 疲劳基础知识
疲劳源区 裂纹扩展区
宏观断口
疲劳断口一般可分为 三个区：疲劳源区、 三个区：疲劳源区、 裂纹扩展区（ 裂纹扩展区（光滑区 和瞬时断裂区（ ）和瞬时断裂区（粗 糙）
瞬时断裂区
2.疲劳基础知识 疲劳基础知识
描述交变应力的基本量
最大应力， 最大应力，最小应力σ
常用导出量
max
2.疲劳基础知识 疲劳基础知识 疲劳曲线
交变应力σ与疲劳寿命N（循环次 数）与之间的关系曲线成为疲劳 曲线（S-N曲线） 图1为材料的疲劳曲线 AB段——静应力强度状况 BC段——低周疲劳（能够见到材 料已发生塑性变形） CD段——有限寿命疲劳阶段 CD段可以用下式描述 σm N = C rN
m σ rN N = σ rm N 0 = C m τ rN N = τ rm N 0 = C ′
图1 材料的疲劳曲线
2.疲劳基础知识 疲劳基础知识
高周疲劳（N>105） 高周疲劳
• 作用于零件、构件上的应力较低， ，工作应力低于材料的屈服极限，甚 至低于弹性极限。 • 描述高周疲劳，用S-N曲线（即σ-N N曲线）。高周疲劳范围内，由于试 样主要产生的只是弹性变形，塑性变形很小 塑性变形很小，用应变也很难测量，这 时采用S-N 曲线。 • 弹簧、传动轴等的疲劳属于此类。 。
1.概述 概述
疲劳破坏与传统静力破坏的本质区别
静力破坏 一次最大载荷作用下的破坏 疲劳破坏 多次反复载荷作用下的破坏
小于屈服极限或强度极限不 远小于静强度极限甚至小于屈服极限就可 能破坏 发生破坏 通常产生明显的塑性变形 通常没有外在宏观的显著塑性变形 通常没有外在宏观的显著塑性变形，破坏 形式像脆性破坏，不易察觉 断口粗粒状或纤维状 两个区域特征：平滑区，粗粒状或纤维状 两个区域特征 抗力主要取决于材料本身 抗力与材料的组成、构件的形状或尺寸、 抗力与材料的组成 表面加工状况、使用条件及外部工作环境 表面加工状况 有关
3.4 损伤力学法
损伤力学为固体力学的一个新兴研究方法,在引入损伤概念以后，人们用 • 损伤力学为固体力学的一个新兴研究方法 连续损伤场描述金属材料的空位、 、位错与微裂纹等内部缺陷及其对材料本 构关系的影响，从不可逆热力学原理出发 从不可逆热力学原理出发，建立了损伤力学本构关系和损 伤动力学关系。 • 用损伤力学理论预测疲劳寿命，考虑了损伤发展的非线性性质 考虑了损伤发展的非线性性质，在理论上 更趋完善，物理意义更加明确。但是 但是，损伤力学方法中一个关键的问题是 损伤演化方程。目前已提出的疲劳损伤演化方程中存在如下几方面的问题 目前已提出的疲劳损伤演化方程中存在如下几方面的问题 :(l)对于高周疲劳，损伤的局部化程度远高于低周疲劳 损伤的局部化程度远高于低周疲劳，很容易受到材料 微观结构的影响，在理论上难以找到用宏观量准确描述损伤发展的演变方 在理论上难以找到用宏观量准确描述损伤发展的演变方 程;(2)目前所提出的疲劳损伤演化方程对于一维问题是成功的 目前所提出的疲劳损伤演化方程对于一维问题是成功的，但对于多 轴疲劳问题还有许多问题尚未弄清;(3)考虑材料损伤的本构关系，使问题 轴疲劳问题还有许多问题尚未弄清 更为复杂化，损伤区域的尺度一般比切口底部的曲率半径低一个数量级 损伤区域的尺度一般比切口底部的曲率半径低一个数量级， 而损伤影响区的范围也非常有限， ，这就使得数值计算十分繁琐和复杂，因 而不利于工程应用。
ni D=∑ Ni
ni—第i组应力水平下经历的应力循环数；Ni Ni—第i组应力水平下达到破坏时的应力循环数。 大量的试验表明，总寿命损伤率约在0.7~2.2 0.7~2.2之间，为计算方便起见，通常取1。 当D值等于1时，认为被评估对象疲劳破坏。 。
• Miner理论要求循环加载过程中不存在明显的循环硬化和循环软化线性。 理论要求循环加载过程中不存在明显的循环硬化和循环软化线性。 理论要求循环加载过程中不存在明显的循环硬化和循环软化线性 • 修正Miner法则： 法则： 修正 法则
3、疲劳寿命预测方法 、
疲劳寿命预测是疲劳研究的一个重要问题。从疲劳损伤的发展来看， 疲劳寿命预测是疲劳研究的一个重要问题。从疲劳损伤的发展来看， 疲劳寿命可以分为裂纹形成和裂纹扩展两个阶段。 疲劳寿命可以分为裂纹形成和裂纹扩展两个阶段。构件或材料从受载开始 到裂纹达到一定的裂纹长度为止的循环次数为裂纹形成寿命。 到裂纹达到一定的裂纹长度为止的循环次数为裂纹形成寿命。此后扩展到 临界裂纹长度为止的循环次数称为裂纹扩展寿命。 临界裂纹长度为止的循环次数称为裂纹扩展寿命。裂纹形成寿命和裂纹扩 张寿命之和称为总寿命。 张寿命之和称为总寿命。 目前，关于疲劳寿命的预测方法主要有如下四种： 目前，关于疲劳寿命的预测方法主要有如下四种： 1、名义应力法（主要用于只发生弹性变形的高周疲劳 ） 、名义应力法（ 2、局部应力应变法（只适用于零部件的应力集中处发生了塑性变形 、局部应力应变法（ 的低周疲劳 ） 3、断裂力学法 、 4、损伤力学法 、
3.3 断裂力学法
认为材料内部有缺陷并把这种缺陷看作裂 • 以线弹性断裂力学为基础，认为材料内部有缺陷并把这种缺陷看作裂 纹，根据材料在使用荷载下的裂纹扩展性质 根据材料在使用荷载下的裂纹扩展性质，即可预测其剩余寿命。 按照断裂力学法的观点，构件内部具有裂纹是不可避免的 构件内部具有裂纹是不可避免的，只要适当 的采取控制断裂措施，保证在使用期内能够安全工作 保证在使用期内能够安全工作，这样的裂纹是 允许存在的。
疲劳基础知识介绍
摘要
• 1.概述 • 2.疲劳基础知识 • 3.疲劳寿命预测方法 • 4.确定疲劳寿命的方法 确定疲劳寿命的方法
1.概述 概述
疲劳破坏
• 零件或构件在交变载荷的作用下工作时 零件或构件在交变载荷的作用下工作时 的作用下工作时，往往在工作应力尚未达到静 强度设计的许用应力情况下发生断裂，这种现象称为疲劳破坏。 强度设计的许用应力情况下发生断裂 • 疲劳断裂与在静载荷作用下的断裂不同 疲劳断裂与在静载荷作用下的断裂不同，不管是脆性材料还是塑性材 料，疲劳断裂都是突然发生的，事先均无明显的塑性变形的预兆 事先均无明显的塑性变形的预兆，很 难事先察觉到，具有很大的危险性 具有很大的危险性。
ni D=∑ a Ni
• 式中：a——临界损伤值，该数值由试验或经验确定。 式中： 临界损伤值， 临界损伤值 该数值由试验或经验确定。
非线性疲劳累积损伤理论
损伤曲线法
• 损伤与循环次数比成指数关系
n D∝ N
a
• 式中：a为大于1的常数。应力水平愈低 应力水平愈低，a值越大；应力水平愈高，a值 越接近1。 • 低—高顺序，损伤发展过程为OBAP OBAP • 高—低顺序，损伤发展过程为OABP件受交变应力作用发生裂纹到破坏的过程中 在零件受交变应力作用发生裂纹到破坏的过程中，零件材料内部的损 伤是逐渐累积的，每一次应力的作用都会使零件受到微量的损伤 每一次应力的作用都会使零件受到微量的损伤，当 这种损伤累积到一定程度达到疲劳极限后就发生疲劳断裂。这一理论 这种损伤累积到一定程度达到疲劳极限后就发生疲劳断裂 的根据是，材料在失效前所吸收的总功都是相等的 材料在失效前所吸收的总功都是相等的，而与作用的应力 的变化方式（应力谱）无关。 • 线性损伤累加（Miner）准则 不同应力幅的载荷混合作用下，载荷循环对结构造成的损伤为 载荷循环对结构造成的损伤为：
低周疲劳（N 102~ 105） 低周疲劳
• 作用于零件、构件上的应力较高， ，工作应力高于材料的弹性极限或高 于屈服极限。 • 描述低周疲劳，用ε-N曲线（应变-寿命曲线 寿命曲线）。低周疲劳范围内，零件 缺口处的实际应力不容易计算，而缺口处的真实应变是可以测量的 而缺口处的真实应变是可以测量的 • 飞机起落架、炮筒等的疲劳属于此类 炮筒等的疲劳属于此类。
一、无限寿命法
• 无限寿命法的主要依据是疲劳极限 无限寿命法的主要依据是疲劳极限。基本思路:当构件在载荷的作用下 ，危险部位的最大应力在考虑安全性因素后 危险部位的最大应力在考虑安全性因素后，仍低于疲劳极限，可认 为该构件的寿命是无限的。 • 当零件的结构比较简单应力集中较小时 当零件的结构比较简单应力集中较小时，恒幅交变应力、过载应力小 且次数很少时可用这种方法。
3.1 名义应力法
• 名义应力法是以名义应力为控制参数，通过疲劳试验获得名义应力疲 名义应力法是以名义应力为控制参数， 劳寿命曲线， 曲线，通过荷载谱分析， 劳寿命曲线，即S-N曲线，通过荷载谱分析，并按照一定的损伤法则来 预测构件的疲劳寿命。这种方法所得到的疲劳寿命为总寿命。 预测构件的疲劳寿命。这种方法所得到的疲劳寿命为总寿命。 • 这种方法以疲劳试验为基础，具有较高的可靠度，因而在工程上得到 这种方法以疲劳试验为基础，具有较高的可靠度， 广泛应用。 广泛应用。 • 根据疲劳寿命的不同，可分为无限寿命法和有限寿命法。 根据疲劳寿命的不同，可分为无限寿命法和有限寿命法。
疲劳累积损伤理论
• 疲劳累积损伤理论：疲劳分析的主要原理之一 疲劳分析的主要原理之一，估计变应力幅值下安全疲 劳寿命的关键理论。 • 现有的理论： 线性疲劳累积损伤理论——载荷加载顺序不影响疲劳寿命 载荷加载顺序不影响疲劳寿命 双线性疲劳累积损伤理论——考虑疲劳发展的阶段性 考虑疲劳发展的阶段性 非线性疲劳累积损伤理论——实际上疲劳损伤不是线性的 实际上疲劳损伤不是线性的 概率疲劳累积损伤理论——适应疲劳可靠性的要求 适应疲劳可靠性的要求 • 前三种理论都是基于“确定性”的基础上的 的基础上的，近20年来为适应疲劳可靠性 设计的要求，概率疲劳累积损伤理论有了很大的发展 概率疲劳累积损伤理论有了很大的发展。
二、有限寿命法
• 有限寿命法主要依据为S-N曲线。根据疲劳累积损伤理论 根据疲劳累积损伤理论，在给定的应 力幅的作用下，通过S-N曲线即可求得疲劳寿命 曲线即可求得疲劳寿命。 • 随着对结构可靠性要求的增加，疲劳曲线还要求用带保证率的疲劳寿 疲劳曲线还要求用带保证率的疲劳寿 命曲线，即P-S-N曲线。 • P一S一N曲线是对构件进行疲劳可靠性寿命预测的基本性能数据 曲线是对构件进行疲劳可靠性寿命预测的基本性能数据，也是 表征材料疲劳可靠性性能的重要指标。 表征材料疲劳可靠性性能的重要指标
机械设计基础背诵知识点
机械设计基础背诵知识点机械设计是一门关于机械制造的学科，它涉及到机械零部件的设计、选择、计算和分析等方面的知识。
在机械设计的学习过程中，很多基础的知识点需要我们进行背诵。
下面将介绍一些机械设计基础的知识点。
1. 材料力学材料力学是机械设计的基础。
需要掌握材料的力学性质，包括拉伸强度、屈服强度、硬度等。
还要了解不同材料的特点以及它们的应用范围。
2. 分析力学分析力学是机械设计中的另一个重要知识点。
它涉及到物体的平衡、受力分析以及运动学等内容。
我们需要了解力的合成与分解、力矩的概念、平衡条件等基本概念。
3. 等效应力与疲劳在机械设计中，常常需要进行结构的强度计算。
等效应力理论是常用的一种计算方法，它可以将多个不同方向的应力合成为一个等效应力。
此外，疲劳是机械设计中非常重要的一个问题，我们需要了解疲劳寿命、疲劳裕度等概念。
4. 轴线零件设计轴线零件设计是机械设计中的一个重要内容。
我们需要了解轴线零件的选择与计算，包括轴的强度与刚度计算、连接方式的选择等。
5. 机械传动机械传动是机械设计中常见的一种结构形式。
我们需要了解不同传动装置的特点与适用范围，包括齿轮传动、带传动等。
6. 节气部件设计节气部件设计是机械设计中与流体传动相关的一个内容。
我们需要了解不同节气部件的设计原理与计算方法，包括调节阀、安全阀等。
7. 设备安装与调试设备安装与调试是机械设计中的最后一个环节，我们需要了解设备的安装方式以及调试过程中的一些注意事项。
上述只是机械设计中的一部分基础知识点，希望能够对你在学习机械设计过程中有所帮助。
机械设计是一个广阔的领域，需要我们不断学习与积累，才能够设计出高质量的机械产品。
疲劳与断裂3知识资料-知识资料疲劳应用统计学基础
S (MPa)
400
100102 倍
300
200
104 105 106 107 10 8 N
k 20
+207 MPa 对
15
共57件 数
10
正lgN 部
寿命分布直方图
Duo to the random nature of fatigue process, the life of components and structures cannot be predicted by using conventional deterministic approaches. For an accurate fatigue life prediction only probability-based moadi els can be used in engineering design and systems analysis.
注意：用s=ctgq估计标 准差时，必须x、u的坐 标标定一致。
分析计算框图：
疲劳试验 R、S给定
样本数据 n个Ni排序
破坏率 F(Ni)=i/(n+1)
是否正 线性？ 概率纸上描点
态分布
[x=lgNi ,F(Ni)]
估计分布参数 x ,s (计算或图解法)
给定破坏概率pf下的疲劳寿命？ xp=lgNp= x+ups 寿命N对应的pf？ up=(lgN-x)/s; pf =(up)
0.5
如何确定其分布参数？
lglg[1-F(N)]-1 0
-0.5
能否作出威布尔概率纸？
-1.0
N-F(N)，非线性关 系；
0.1
-1.5
lglg[1-F(N)]-1-lg(N-N0)，线性 0.05
疲劳强度基础知识及分析计算实例
循环计数法
为预测承受变幅载荷历程构件的寿命，需要将复杂历程 简化为一些与可用恒幅试验数据相比的事件。这一将复杂 载荷历程简化为一些恒幅事件的过程，称为循环计数。目 前最常用的计数法为雨流技术法。
；zzzResult.rst为疲劳结果文件。
FE-SAFE疲劳计算实例 d、强度因子FOS计算设置
e、设置1e7为规定寿命。 点击OK按钮。
f、点击Analyse按钮。开始计算
FE-SAFE疲劳计算实例
g、点击Continue按钮
寿命值
FOS值
h、计算完毕预览结果
FE-SAFE疲劳计算实例
i、疲劳计算结果表示方式
展直到发生完全断裂。这种缓慢形成的
破坏称为 “疲劳破坏”。
疲劳区
“疲劳破坏”是变应力作用下的失效形式。
疲劳纹 疲劳源
概述
疲劳破坏的特点：
a）疲劳断裂时：受到的 max 低于 b ，甚至低于 s 。
b）断口通常没有显著的塑性变形。不论是脆性材料，还是塑 性材料，均表现为脆性断裂。—更具突然性，更危险。
c）疲劳破坏是一个损伤累积的过程，需要时间。寿命可计算。 d）疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。
概述
二、变应力的类型 随机变应力
变应力分为： 循环应力
循环应力有五个参数：
随机变应力
max─最大应力； min─最小应力
m─平均应力； a─应力幅值
r min ─应力比（循环特性） max
50个机械设计基础知识点
50个机械设计基础知识点1.刚体力学：研究物体在作用力下的平衡和运动。
2.静力学：研究物体在静止状态下的力学性质。
3.动力学：研究物体在运动状态下的力学性质。
4.运动学：研究物体的运动特性，如速度、加速度和位移。
5.力学系统：由若干物体组成，并且相互作用，受到外界力的作用。
6.力的合成：通过矢量相加的方法计算多个力的合力。
7.力的分解：将一个力分解为多个力的合力。
8.平衡：物体受到的合力和合力矩均为零。
9.功：力在物体上产生的位移所做的功。
10.能量：物体的能力做功的量度。
11.弹性力：物体受到变形后，恢复原状的力。
12.摩擦力：物体在运动或静止时受到的阻力。
13.运动学链：由多个刚体连接而成的机构，用来进行运动传递和转换。
14.齿轮传动：利用齿轮的互相啮合实现运动传递和转换。
15.杠杆机构：利用杠杆的原理实现力的放大或缩小的机构。
16.曲柄连杆机构：利用曲柄和连杆的结构实现运动转换。
17.铰链机构：通过铰链连接物体的机构，实现固定、旋转或滑动。
18.滑块机构：由滑块和导轨构成的机构，实现直线运动。
19.传动比：用来衡量运动传递的效率。
20.齿轮比：齿轮传动中两个齿轮的旋转速度比值。
21.离合器：用来连接或分离两个旋转物体的装置。
22.制动器：用来减速、停止或固定运动物体的装置。
23.轴承：用来支撑和减小机械运动中的摩擦力的装置。
24.轴线：用来连接和支撑旋转物体的直线。
25.键连接：通过键连接来实现轴线和轴承的固定。
26.螺纹连接：通过螺纹连接实现两个物体的拧紧或松开。
27.轴承间隙：轴承内外圈之间的间隙，用来调整摩擦力和轴承的转动。
28.轴向力：作用于轴线方向上的力。
29.径向力：作用于轴线垂直方向上的力。
30.弹簧：用来储存和释放能量的装置。
31.拉伸强度：材料抵抗拉伸破坏的能力。
32.压缩强度：材料抵抗压缩破坏的能力。
33.硬度：材料抵抗划伤或穿透的能力。
34.拉伸试验：测试材料的拉伸性能和强度。
机械零件材料(碳钢和合金钢)的疲劳基础知识-20200215
材料疲劳特性-高周疲劳
材料疲劳特性-高周疲劳
• 曲线CD和D以后两段所代表的疲劳通常统称为高周疲
劳，大多数通用机械零件及专用零件的失效都是由高 周疲劳引起的。
等寿命疲劳曲线（或称为极限应力曲线）
应力幅值
此曲线描述的是在一定的应力循环次数 N下，疲劳极限的应力幅值������������与平均应 力������������的关系曲线。
机械零件的强度
静应力强度
变应力强度
材料疲劳特性
材料疲劳曲线：σ-N曲线
材料疲劳特性
AB段代表循环次数≤10^3时，对应的最大应力 值，即静强度 BC段：应变疲劳，低周疲劳。 此阶段的破坏断口已发生塑性变形。
（高周疲劳）CD段：有限疲劳阶段。
（高周疲劳） D点以后阶段：无限寿命疲劳 阶段。D点常称为持久疲劳极限。
等寿命疲劳曲线（或称为极限应力曲线）
应力幅值
对称循环的疲劳极限：������−������
此时的平均应力������m=0，应力 副等于最大应力（即 ������−������ ）。 平均应力 用点A’表示
等寿命疲劳曲线（或称为极限应力曲线）
应力幅值
脉动循环的疲劳极限：������������
此时的平均应力������m=应力幅������a=������������/2。 所以用45°射线上的点D’表示。
D点对应的循环次数为ND，对于各种公称材料来说，大致在10^6~25*10^7之间。 由于ND很大，所以人们在做疲劳时，常规定一个循环次数N0（称为循环基数），
有限疲劳寿命通用计算公式
由（公式1-1），变换后可得公式：
������rN
=
������r ∗
������
疲劳感的生物学基础
疲劳感的生物学基础
疲劳感是人体在长时间的活动或压力下所产生的一种生理反应。
它是人体自我调节的一种表现，旨在提醒我们需要休息和恢复。
疲劳感的生物学基础涉及到多个方面，包括神经系统、内分泌系统和免疫系统等。
神经系统在疲劳感的产生中起着重要的作用。
长时间的活动或压力会导致神经系统受到过度刺激，从而引发疲劳感。
神经元在传递信息时需要消耗大量的能量，当能量耗尽时，就会感到疲劳。
此外，神经系统还通过调节身体的节律来影响疲劳感的产生，比如睡眠、饮食和运动等。
内分泌系统也对疲劳感起着重要的调节作用。
在长时间活动或压力下，身体会释放一些内分泌物质，如肾上腺素、皮质醇和甲状腺激素等。
这些物质可以提高身体的应激能力，但过度释放会导致疲劳感。
此外，内分泌系统还参与调节身体的能量代谢和免疫功能，对疲劳感的产生也有一定影响。
免疫系统在疲劳感的产生中也发挥着重要的作用。
长时间的活动或压力会导致免疫系统受到抑制，从而使身体更容易感到疲劳。
免疫系统通过释放细胞因子和抗体等来抵御外界的侵袭，但当免疫系统受到过度刺激时，会产生疲劳感。
此外，免疫系统还与神经系统和内分泌系统相互作用，共同调节疲劳感的产生。
总的来说，疲劳感是人体在长时间活动或压力下的一种生理反应，其生物学基础涉及到神经系统、内分泌系统和免疫系统等多个方面。
了解疲劳感的生物学基础，可以帮助我们更好地理解身体的自我调节机制，合理安排工作和休息，提高生活质量。
疲劳与断裂
变幅载荷
随机载荷
24
Three primary fatigue analysis methods which are the stress-life approach, strainlife approach, and the fracture mechanics approach, will be discussed. These methods have their own region of application with some degree of overlap between them.
二、疲劳破坏机理及断口微观特征
疲劳裂纹萌生机理：
疲劳裂纹的起始或萌生，称为疲劳裂纹成核。 疲劳裂 纹成核 扩展至临 界尺寸 断裂 发生
裂纹起源（裂纹源）在何处？ 高应力处： 1）应力集中处；缺陷、夹杂，或孔、切口、台阶等 2）构件表面； 应力较高，有加工痕迹， 平面应力状态，易于滑移发生。
16
延性金属中的滑移
19
疲劳条纹(striation) 不同于海滩条带(beach mark) Cr12Ni2WMoV钢疲劳条纹:(金属学报,85)
透射电镜：1-3万倍
S
谱块
t
循环
条纹
20
条带
疲劳裂纹扩展的微观机理 1976 Crooker
Cr12Ni2WMoV钢疲劳断口微观照片:(金属学报,85)
三种破坏形式:
微解理型 microcleavage
23
1.5 疲劳问题研究方法
裂纹扩展规律 断裂力学规律
缺口影响 尺寸、光洁度 等影响 平均应力的影响 Goodman直线 Miner 累积损伤理论 雨流计数法
损伤容限设计 构件S-N曲线 （各种修正） 无限寿 命设计 安全寿 命设计
疲劳基础必学知识点
疲劳基础必学知识点
下面是疲劳基础必学的一些知识点：
1. 疲劳是指身体或心理在持续或过度劳累后出现的疲劳感。
疲劳可以
分为身体疲劳和心理疲劳两种类型。
2. 身体疲劳是指长时间或过度的体力活动导致肌肉疲劳、体力消耗过
大的状态。
常见的身体疲劳症状包括肌肉酸痛、无力感、身体僵硬等。
3. 心理疲劳是指长时间或过度的精神、思维活动导致精神压力过大的
状态。
常见的心理疲劳症状包括注意力不集中、记忆力下降、焦虑、
抑郁等。
4. 疲劳的产生原因多种多样，包括长时间的连续工作、缺乏休息、睡
眠不足、不合理的工作安排、高强度的体力或精神活动等。
5. 疲劳对身体和心理健康都有不良影响。
身体疲劳可导致身体机能下降、免疫力下降，增加患病风险；心理疲劳可导致情绪低落、抑郁，
影响工作和生活质量。
6. 预防和缓解疲劳的方法包括合理安排工作和休息时间、保证充足的
睡眠、进行适量的体育锻炼、培养良好的生活习惯和心态等。
7. 对于已经出现疲劳的人，需要进行适当休息和恢复，包括休息、放松、进行适度的运动、调整饮食和保持积极的心态等。
8. 长期的疲劳状态可能导致慢性疲劳综合征等长期身体和心理健康问题，需要及时就医咨询和治疗。
这些是疲劳基础知识的一些重要要点，希望对你有帮助！。
振动疲劳基础知识
振动疲劳基础知识振动疲劳是一种材料在受到振动作用下逐渐发展出的疲劳损伤现象。
振动疲劳是指当材料在周期性振动应力作用下，出现塑性变形、裂纹扩展并最终破坏的一种疲劳。
本文将从振动疲劳的特点、引起振动疲劳的因素、振动疲劳的损伤机理以及预防振动疲劳等方面进行探讨。
振动疲劳的特点是明显的周期性负荷，即材料受到往复振动的周期性应力。
振动疲劳与其它类型的疲劳相比，具有幅值小、周期长的特点。
振动疲劳还有一个显著的特点是其发展方式与时间有关，当周期振动应力作用的次数足够多时，材料疲劳断裂的速度明显增加。
引起振动疲劳的因素有很多，其中最主要的是振动应力和材料的力学性质。
振动应力应力来源有很多，比如机械设备的震动、车辆在道路行驶时的震动、风的吹拂、声波的作用等等。
材料的力学性质也是影响振动疲劳的重要因素，例如材料的强度、韧性、硬度、疲劳极限等。
振动疲劳的损伤机理涉及到塑性变形、微观裂纹的形成与扩展、应力集中和弹性塑性转变等过程。
当振动应力作用于材料上时，首先会产生材料的弹性变形，随着应力作用的周期重复，材料的弹性变形逐渐累积，最终出现塑性变形。
同时，在塑性变形的过程中，材料中也会形成微观裂纹。
这些微观裂纹由于应力集中的存在，往往会在应力峰值处扩展，最终导致材料的破坏。
为了预防振动疲劳的发生，需要从设计、材料选用和使用条件等方面进行综合考虑。
在设计方面，应尽量减少振动载荷的作用时间和振幅；在材料选用方面，应选择具有较高强度、良好的抗振动性能和较高的韧性的材料；在使用条件方面，应加强设备的维护，及时发现和处理潜在的破损和裂纹。
此外，对于已发生振动疲劳的材料，可以采取一些修复措施来延缓疲劳裂纹的扩展。
常用的修复方法有振动强化、激光熔覆、超声波冲击等。
这些方法都可以增加材料的表面硬度和耐疲劳性能，从而提高材料的抗振动疲劳能力。
总之，振动疲劳是材料在受到周期性振动应力作用下逐渐发展形成的疲劳损伤现象。
振动疲劳具有明显的周期性负荷、幅值小、周期长等特点。
疲劳强度的基础知识
Ⅲ疲労強度テキスト「材料強度学」p.87「機械材料学」p.111応力の繰返し繰り返し応力•応力振幅•平均応力•応力比1. 疲労破壊の様相a. 疲労破壊の巨視的様相•疲労破壊–静的破壊よりも低い負荷の繰返し–き裂の発生，進展，き裂進展に伴う断面積の減少により静的最終破壊–ぜい性破面：き裂進展経路に塑性変形が限定•ぜい性的外観–ビーチマーク，シェルマーク（貝殻模様）：応力変動時のき裂前縁の位置を示す送風機動翼の疲労破面（左）とディーゼルエンジンピストンクラウンの疲労破面（右）鉄道用車軸の疲労破面（左）と鉄道用台車枠の疲労試験装置（右）12年使用後疲労破壊した台車枠（昭和40年製）b. 疲労破壊の微視的様相：ストライエーション(striation)•引張り時のき裂先端の塑性鈍化と圧縮時のき裂先端の再鋭化•き裂の上下面では山と山，谷と谷が対応•ストライエーション間隔＝1サイクル間のき裂進展量•疲労破面全面がこれによって覆われているわけではない•延性ストライエーション：軟い材料•ぜい性ストライエーション（ぜい性き裂進展＋塑性鈍化・再鋭化）：硬い材料，腐食図4.3 Al合金の疲労ストライエーション（左）と図4.4（右）•疲労破面全面がこれによって覆われているわけではないc. 疲労き裂の発生と進展•き裂の発生場所: 材料や負荷応力によって異なる．•フェライト鋼や純金属の高サイクル疲労領域:•最もすべり易い方位と方向を持ったすべり系の中•入り込み(intrusion)や突き出し(extrusion)が形成•入り込みからき裂が発生c. 疲労き裂の発生と進展•表面には，多くのすべり帯が形成されるが，将来，き裂発生場所となる入込みは，表面を数mm程度電解研磨しても消失しないことから，固執すべり帯(PSB，persistent slip band)と称されている．•負荷応力が大きい場合，結晶粒全体が変形するため，変形の食い違いが蓄積する結晶粒界にき裂が発生する．•切欠き感度の高い高強度鋼やアルミニウム合金では，介在物がき裂発生場所となることが多いすべり帯のAFM(原子間力顕微鏡)像c. 疲労き裂の発生と進展•き裂：すべり面に沿って成長（第Ⅰ段階）•き裂進展（第Ⅱa段階）：応力軸に傾斜していたき裂が応力軸に垂直に向きを変化•すべり面き裂•へき開面き裂•き裂進展（第Ⅱb段階）–応力軸に垂直–疲労ストライエーション–塑性鈍化と再鋭化の繰返し–組織不敏感疲労き裂先端の鈍化とストライエーションの形成機構•塑性鈍化と再鋭化の繰返し•A-B:大きなすべり変形，き裂長く，鈍化(blunting)•B-C：除荷過程，き裂閉口，鈍化したき裂先端部分はひだ状に織り込まれる•C-D-A:再鋭化(re-sharpening)c. 疲労き裂の発生と進展•第Ⅱc段階•デインプル•へき開•粒界割れ•高強度材，低延性材2. S-N曲線と疲労限度S-N曲線（ヴェーラー曲線）典型的なS-N曲線典型的なS-N曲線b. 疲労限度•疲労限度：•微視き裂の進展の限界応力•負荷形式に依存：回転曲げ疲労限度，引張圧縮疲労限度，繰返しねじり疲労限度正の相関•疲労限度と引張り強さの関係: σW =σB/2，欠陥や介在物のため疲労限度は頭打ち回転曲げ疲労限度と引張強さの関係回転曲げ疲労限度とビッカース硬さの関係c. P-S-N曲線•疲労寿命にはばらつき•破壊確率PをパラメータにしたＳ-Ｎ曲線：図4.14c. P-S-N曲線•疲労寿命にはばらつき•破壊確率PをパラメータにしたＳ-Ｎ曲線：図4.14c. P-S-N曲線•疲労寿命の分布：S-N曲線折曲がり点より上では対数正規分布orワイブル分布，折曲がり点より下では長寿命側に尾を引く（図4.15）d. 疲労限度の統計的性質•プロビット法•ステアケース法：図4.16–i個目の試験片•N=107までに破断しなかった場合, i+1は1段上•N=107までに破断した場合, i+1は1段下•n: 破壊試験片数と非破壊試験片数のうち少ない方•σ0, σ1, σ2・・・・：n, n1, n2・・・・式（4・3，4・4）•30本以上が望ましい3. 疲労強度に及ぼす諸因子の影響•応力集中と切欠き効果•切欠き（ノッチ）：疲労破壊の起点になりやすい3. 疲労強度に及ぼす諸因子の影響•応力集中と切欠き効果(i) 応力集中係数応力集中係数•σmaxの求め方•実験：光弾性，X線，ひずみゲージ•解析：有限要素法•応力集中係数：大•切欠き底半径r小程•切欠き深さt大程•相対寸法で決まる•応力勾配も大きな影響を及ぼす切欠き係数(ii) 切欠き係数：β通常はβ＞1η=(β-1)/(α-1)：切欠き感度，0＜η＜1切欠き効果の評価•切欠き効果：もし，切欠き底の最大応力だけで決まるなら•切欠き底の一点の応力だけでなく，切欠き底近傍のある領域に生じる応力の分布で決まる．円周切欠き付きS45C焼き鈍し丸棒試験片の回転曲げ疲労限度の実験結果と応力集中係数の関係•切欠き効果：もし，切欠き底の最大応力だけで決まるなら，AEで決まる．•実際には過小評価になる．停留き裂(iii) 疲労き裂の発生に対する疲労限度σw1と破断に対する疲労限度σw2α＞αの鋭い切欠きでは停留き裂α0：分岐点の形状係数σw1（き裂発生），σw2（破断）, σw1 ＜ σ ＜ σw2にて停留き裂σw1は σB とともに上昇するが， σw2は一定高強度鋼は停留き裂を生じない．円周切欠き付きS45C 焼き鈍し丸棒試験片の回転曲げ疲労限度の実験結果と応力集中係数の関係 • 鈍い切欠き（分岐点まで）：AB で決まる．円周切欠き付きS45C 焼き鈍し丸棒試験片の回転曲げ疲労限度の実験結果と応力集中係数の関係疲労限度において鋭い切欠きの底に発生した停留き裂b. 寸法効果• 平滑材，切欠き材は大寸法→疲労強度低下寸法効果の 主たる原因• 応力こう配に関連した力学的要因• 曲げ，ねじり，引張り圧縮では切欠き材で顕著• 高い応力を受けて危険にさらされる表面積や体積に関連した統計的要因• 寸法が大きいほど表面積が大きくなり，破壊の起点となる欠陥の存在確率が増す切欠き係数βの寸法効果• 直径ｄが大：βも大• 小型試験片のβを使用：危険側の設計c. 平均応力・残留応力の影響(i) 平均応力σm ±σa ，τm ±τaσm =0， σa =σw ：完全両振り疲労限度σm =σa ，σmax =2σa =σu ：片振り引張り疲労限度σm =-σa ，σmin =-2σa ＝σ-u ：片振り圧縮疲労限度疲労限度線図(疲労限度σw vs. 平均応力σm の関係)鉄鋼系材料における平均応力の影響－実験例疲労限度線図疲労限度線図疲労限度線図疲労限度線図の実例残留応力の影響d. 組合せ応力下の疲労強度曲げとねじりe. 表面処理の影響•表面あらさ：切欠き効果焼なまし材＜4μm，調質材＜1μm•表面硬さ：H∝σB σw=σB/2–高周波焼入–浸炭–窒化–タフトライド•圧縮残留応力：σw1とくにσw2の上昇が顕著（き裂閉口効果）4. 塑性疲労（低サイクル疲労）•大きな塑性ひずみをともなう疲労•Nf＜104ヒステリシスループεea：弾性ひずみ振幅εpa：塑性ひずみ振幅εa =εea+εpa=σa/E+εpa：ひずみ振幅Δε=2εa：全ひずみ幅Δεp =2εpa：塑性ひずみ幅a. 定応力試験と定ひずみ試験•定応力試験：残留ひずみが累積し一方向伸び•定ひずみ試験：十分な焼きまなし材では加工硬化，高強度材(Ni-Cr-Mo鋼)では加工軟化b.応力-ひずみ関係•低サイクル疲労における寿命：Manson-Coffin則にしたがうΔεp・Nα=Cα＝1/2C=εf=ln100/(100-φ) φ：絞りεf /2＜C＜εf•弾性ひずみの小さい場合：Δεp＝Δε•平均ひずみのある場合:Δεp ・Nα=k(εf- εm)5. 変動荷重下の疲労強度a. 実働荷重荷重が不規則に変動航空機のG-A-G(Ground to Air to Ground)荷重プログラム変動応力•頻度分布を近似した多段繰返し変動応力を用いる：プログラム変動応力•応力頻度分布：荷重の順序の情報がない–実際の疲労強度とは一致するとは限らないb. 応力波形の計数法•応力波形計数法(カウント法)ランダム応力波形に含まれる疲労強度を支配する特性因子(応力振幅、平均応力etc)の抽出各種計数法ピーク法レンジ法レベルクロッシング（経過頻度）法レンジペア法レインフロー法, ヒステリシスループ法ピーク法•平均値以上では極大値、以下では極小値を計数レンジ法•波形の相隣合う極小値と極大値の差(変化幅, range)を計数レベルクロッシング（経過頻度）法• 任意に設定された荷重レベルを平均値以上では正の傾きで、平均値以下では負の傾きで通過する頻度を計数レンジペア法• 任意の応力範囲Ds を設定し，隣り合った正負の応力レンジのペアの組数を計数する．レインフロー法• ルール1)雨だれは各極値から流れ出すが、一つの雨だれが流れている間は次の雨だれは流れ出さない。