疲劳与断裂综述
机械结构的疲劳与断裂研究
机械结构的疲劳与断裂研究引言当我们使用机械设备时，疲劳和断裂是我们不可忽视的问题。
无论是大型机械设备还是小型家用电器，都可能因为长时间的使用而出现疲劳和断裂现象。
因此，对机械结构的疲劳与断裂进行研究是非常重要的。
本文旨在探讨机械结构的疲劳与断裂原因、预防措施以及相关的应用。
1. 疲劳与断裂基础知识1.1 疲劳和断裂的定义疲劳是指在循环或重复加载作用下，材料或结构会出现无明显塑性变形的损伤现象。
断裂则是指材料或结构在极端加载条件下发生失效，从而导致结构破裂或破碎。
1.2 疲劳与断裂的原因疲劳和断裂的原因有很多，主要包括以下几个方面：- 循环加载：长时间的循环或重复加载会导致结构发生疲劳，尤其是在高应力或低温环境下。
- 动态荷载：突然的冲击负载或振动荷载会导致机械结构疲劳和断裂。
- 材料缺陷：材料的内部缺陷、裂纹或瑕疵会导致结构的疲劳和断裂。
- 锈蚀和腐蚀：长期暴露在潮湿、腐蚀性介质中的机械结构会因锈蚀和腐蚀而发生疲劳和断裂。
- 热膨胀和热应力：由于温度变化引起的结构变形和应力集中会导致疲劳和断裂。
2.1 实验方法实验方法是疲劳与断裂研究的重要手段之一。
通过加载设备和传感器等实验工具，可以对机械结构进行加载实验，并记录下载荷、应变和断裂数据等信息。
实验方法可以帮助我们了解结构的疲劳寿命和失效机制。
2.2 数值模拟数值模拟是一种基于计算机模型的研究方法。
通过建立机械结构的数学模型，运用有限元分析等计算方法，可以模拟不同加载条件下结构的应力变化和位移变形等参数，进而预测结构的疲劳与断裂寿命。
3. 疲劳与断裂预防措施3.1 结构设计优化在机械结构的设计阶段，应该考虑结构的疲劳和断裂问题，并进行优化设计。
例如，合理选择和布置结构的构件和连接方式，减小应力集中情况，避免裂纹和瑕疵等。
3.2 材料选择和处理选择适合的材料对于减轻机械结构疲劳和断裂问题至关重要。
在选择材料时，需要考虑其强度、韧性和耐蚀性等因素。
此外，采取适当的材料处理方法，如热处理和表面处理，可以提高材料的抗疲劳和抗断裂性能。
机械工程中的材料断裂与疲劳问题研究
机械工程中的材料断裂与疲劳问题研究1. 引言机械工程是一个广泛的领域，涉及到各种各样的设备和机械系统。
在这些机械系统中，材料的断裂与疲劳问题是一个关键的研究领域。
材料的断裂与疲劳问题直接影响着机械系统的性能和可靠性。
本文将探讨机械工程中的材料断裂与疲劳问题，从理论和实践的角度来分析这一问题。
2. 材料断裂的原因材料断裂是指在外力作用下，在不超过其抗拉强度的条件下，材料发生破裂的现象。
材料断裂的原因可以分为两个方面：力学因素和材料因素。
力学因素包括过大的应力和应变集中，这对材料的强度施加了巨大的压力，使其发生断裂。
应力和应变集中是材料断裂的主要原因之一，特别是在设计和制造过程中，需要特别关注。
材料因素包括材料的硬度、韧性和结构。
硬度是指材料抵抗切割和穿透的能力，硬度越高，材料的抗断裂能力越强。
韧性是指材料在应力作用下发生塑性变形的能力，韧性越高，材料的抗断裂能力也越强。
结构指的是材料的晶体结构和纤维结构，在材料的设计和选择中应予以考虑。
3. 材料疲劳的原因材料疲劳是指在循环载荷作用下，材料发生的渐进性损伤和破坏。
与材料断裂不同，材料疲劳是由长时间的循环应力引起的。
材料疲劳的原因可以分为以下几个方面：3.1 循环应力循环载荷是指载荷在正负方向之间反复变动，这会导致材料的循环应力。
材料在长时间的循环应力作用下，容易发生疲劳破坏。
3.2 缺陷和裂纹材料内部的缺陷和裂纹对疲劳寿命有着很大的影响。
这些缺陷和裂纹可以作为应力集中的位置，从而加速材料的损伤和断裂。
3.3 温度和湿度温度和湿度是影响材料疲劳的重要因素。
高温和高湿度会加速材料的腐蚀和氧化，从而导致材料的疲劳破坏。
4. 材料断裂与疲劳的预防措施为了预防材料的断裂与疲劳，可以采取以下措施：4.1 优化设计在机械系统的设计过程中，可以采用优化设计的方法，减少应力和应变的集中，从而降低材料的断裂风险。
合理设计的机械系统可以有效提高材料的使用寿命。
4.2 材料选择选择合适的材料对于预防材料断裂与疲劳至关重要。
材料力学中的断裂和疲劳分析
材料力学中的断裂和疲劳分析在工程领域中，对材料的强度和耐久性进行评估和分析是至关重要的。
而在材料力学中，断裂和疲劳分析是两个重要的研究方向。
本文将从理论和应用两个方面，介绍材料力学中的断裂和疲劳分析。
首先，我们来介绍断裂分析。
断裂是指在外部加载下，材料的破坏。
断裂分析的目的是通过研究材料的断裂机制，预测和防止材料的破坏。
断裂分析的核心是断裂力学，它通过分析应力场、应变场和裂纹尖端处的应力强度因子来揭示裂纹扩展的行为。
在断裂力学中，有两个经典理论被广泛应用：线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。
线弹性断裂力学适用于处理材料的线弹性阶段，即只存在弹性变形，不发生塑性变形的情况。
而弹塑性断裂力学则适用于材料同时发生弹性和塑性变形的情况。
对于断裂力学的研究，一个重要的参数是断裂韧性。
断裂韧性是描述材料抵抗裂纹成长的能力，通常通过KIC来表示。
KIC是裂纹尖端处单位断裂韧性的衡量指标，一般情况下，KIC越大，材料的抗裂纹扩展能力越强。
断裂韧性的评估对于确保材料的可靠性和耐久性至关重要。
接下来，我们来了解疲劳分析。
疲劳是指在循环加载下，材料经历应力的反复变化而引起的破坏。
疲劳是材料工程中非常常见的一种破坏模式，因此对于疲劳强度的评估和分析也是非常重要的。
疲劳分析的核心是疲劳强度理论。
常见的疲劳强度理论有极限应力理论、极限变形理论和能量理论等。
这些理论通过对应力和应变历程的分析，确定了材料的疲劳强度边界，从而指导工程实践中的材料选择和设计。
除了理论研究，疲劳分析中还有实验方法。
疲劳试验是评估材料疲劳性能的重要手段。
通过在标准试样上施加循环加载，可以测定材料的疲劳寿命和疲劳强度。
这些试验结果可以为工程实践中的疲劳分析提供可靠的参考。
近年来，随着计算机技术的快速发展，有限元分析成为疲劳分析的重要方法之一。
有限元分析可以通过数值计算模拟材料在复杂载荷下的应力和应变分布情况，从而预测材料的疲劳寿命和破坏位置。
这一方法不仅减少了试验成本和时间，还提高了分析的准确性和可靠性。
航空材料的疲劳与断裂行为分析
航空材料的疲劳与断裂行为分析航空工业作为现代工业的重要组成部分，对材料的要求非常严格。
在航空器的设计与制造过程中，材料的疲劳与断裂行为是一个十分重要的研究课题。
本文将从航空材料疲劳与断裂的背景、研究内容、分析方法以及应用前景等方面进行综述。
一、背景航空材料的疲劳与断裂行为是指材料在外力作用下，经过一段时间的应力循环加载，产生一系列的裂纹、晶界位错以及内部应力的持续发展，导致材料最终失效的过程。
航空材料在复杂的工况下，长期暴露在不同温度、湿度和压力等环境中，容易受到疲劳与断裂的影响。
因此，了解航空材料的疲劳与断裂行为对于提高航空器的安全性和可靠性具有重要意义。
二、研究内容航空材料的疲劳与断裂行为分析主要包括以下几个方面的内容：1.材料疲劳性能的测试与评估：通过建立材料的疲劳试验模型，对不同应力水平下的疲劳寿命进行测试与评估，为航空器设计提供参考依据。
2.材料断裂韧性的研究：韧性是材料抵抗断裂的能力，对于航空材料而言尤为重要。
通过断裂韧性的测试与分析，可以评估材料的断裂行为，并优化航空器的结构设计。
3.裂纹扩展行为的分析：在材料疲劳与断裂过程中，裂纹的持续扩展是导致失效的主要原因之一。
通过对裂纹扩展行为的分析，可以预测材料的寿命，并采取相应的措施延缓裂纹的扩展。
4.疲劳损伤机理的研究：疲劳过程中，材料内部会产生一系列的微观损伤，对材料的性能产生重要影响。
深入研究疲劳损伤的机理，有助于提高材料的抗疲劳性能。
三、分析方法在航空材料疲劳与断裂行为分析中，常用的方法有：1.材料的疲劳试验：通过设计合理的实验方案，对不同条件下材料的疲劳寿命进行测试，并记录相应的试验数据。
2.断裂韧性试验：采用标准化的试验方法，测量材料的断裂韧性指标，如K值和J值等，以评估材料的抗断裂能力。
3.断口形貌分析：通过扫描电镜等表征手段，对疲劳与断裂失效样品的断口形貌进行观察与分析，揭示材料失效的机制。
4.数值模拟与分析：运用有限元分析等数值方法，模拟材料在复杂工况下的应力应变分布和裂纹扩展过程，定量评估材料的疲劳性能。
结构材料的疲劳与断裂分析
结构材料的疲劳与断裂分析疲劳与断裂是结构材料领域中重要的研究方向之一。
本文将就疲劳与断裂分析的基本原理、应用方法以及相关工程实例进行介绍和讨论。
一、疲劳分析疲劳是结构材料在交变应力作用下的损伤积累过程。
疲劳分析的目的是通过对材料的疲劳性能进行评估，为结构的寿命预测和优化设计提供依据。
A. 疲劳机理1. 应力集中：应力集中是导致疲劳破坏的主要原因之一。
在结构材料中，存在各种应力集中因素，如几何形状的不连续性、孔洞、切口等。
这些应力集中因素会导致应力集中，从而增加了疲劳破坏的可能性。
2. 微裂纹扩展：在结构材料的疲劳过程中，微裂纹的扩展是一个重要的损伤机制。
当材料受到交变应力作用后，应力集中处的微裂纹开始扩展，逐渐导致疲劳破坏。
B. 疲劳评估方法1. 高周疲劳：高周疲劳是指工作循环数大于10^4次的情况。
常用的高周疲劳评估方法有SN曲线法、TF曲线法等。
SN曲线法通过实验得到应力与寿命的关系曲线，用于寿命预测和材料性能评估。
2. 低周疲劳：低周疲劳是指工作循环数小于10^4次的情况。
对于低周疲劳，常用的评估方法有塑性应变能法、能量积累法等。
这些方法通过评估材料的能量损耗和塑性应变能来进行疲劳寿命预测。
二、断裂分析断裂是结构材料在受到过大应力作用下发生的破坏。
断裂分析的目的是评估材料的断裂性能，为结构设计提供参考。
A. 断裂机理1. 裂纹扩展：在结构材料受到应力作用时，裂纹的孔洞周围会产生高应力集中，导致裂纹扩展并最终引发断裂破坏。
裂纹扩展过程可以使用线弹性力学理论和断裂力学原理进行分析。
2. 断裂模式：材料的断裂模式包括拉伸、压缩、剪切等。
不同的断裂模式对应不同的应力应变行为和断裂形态，需要通过实验和数值模拟进行评估和描述。
B. 断裂评估方法1. 线性弹性断裂力学：线性弹性断裂力学使用线性弹性力学理论对裂纹尖端附近应力状态进行分析，以确定断裂参数，如应力强度因子和断裂韧性。
这些参数对于评估材料的断裂性能和裂纹扩展行为至关重要。
材料的疲劳和断裂行为
材料的疲劳和断裂行为疲劳和断裂是材料工程中的重要研究领域。
疲劳是指材料在经历了重复加载或应力变化后，由于内部微观缺陷逐渐积累，最终导致材料的失效。
而断裂则是指材料在承受高应力或者外力集中作用下发生裂纹扩展的现象。
本文将深入探讨材料的疲劳和断裂行为，并分析其机理和影响因素。
一、疲劳行为材料的疲劳行为广泛存在于我们生活和工作的各个领域。
例如，金属材料在机械工程中的零部件、桥梁结构和飞机构件等地方，由于长期受到复杂的力学载荷，易出现疲劳失效。
疲劳失效不仅会给工程的安全性和可靠性带来威胁，也会增加维修和更换的成本。
1. 疲劳断裂机理在受疲劳加载作用下，材料内部的微观缺陷会逐渐积累导致裂纹的形成和扩展。
这些微观缺陷包括晶界、夹杂物、夹层、腐蚀坑等。
当应力斑马纹通过这些缺陷时，会导致位错的生成和扩展，从而引起材料的疲劳断裂。
2. 疲劳寿命与应力幅关系材料的疲劳寿命与应力幅之间存在一定的关系。
应力幅越大，疲劳寿命越短；应力幅越小，疲劳寿命越长。
这是由于应力幅增加会导致材料内部位错、裂纹等缺陷的生成和扩展速度增加，从而缩短了材料的使用寿命。
3. 影响疲劳行为的因素除了应力幅外，疲劳行为还受到多种因素的影响。
其中包括材料的力学性能、表面质量、温度、湿度、载荷频率、环境介质等。
材料的力学性能如强度、韧性、硬度等，对材料的疲劳行为具有重要影响。
同时，表面质量的好坏、温度和湿度的变化也会引起材料内部微观缺陷的形成和扩展。
二、断裂行为除了疲劳行为外，材料的断裂行为也是值得重视的。
断裂指的是材料在受到高应力或者外力集中作用下发生裂纹扩展的现象。
在工程实践中，为了减缓断裂失效对工程结构和设备造成的危害，需要对材料的断裂行为进行深入研究。
1. 断裂机理材料的断裂机理可以分为静态断裂和动态裂纹扩展两个阶段。
静态断裂是指在裂纹形成之前，材料的应力集中到达临界值，导致断裂开始。
而动态裂纹扩展则是指裂纹在外力作用下迅速扩展，直到材料完全失效。
自然科学知识：材料和结构的疲劳和断裂
自然科学知识：材料和结构的疲劳和断裂在工程学领域中，材料的疲劳和断裂是非常重要而且常见的现象。
在使用过程中，不同材料经常会受到不同程度的负载作用，这种负载会导致材料在受力时间的不断变形和损耗，最终可能导致材料的疲劳或断裂。
因此，对于材料疲劳和断裂的研究和防范至关重要。
疲劳是指由反复的应力作用所引起的材料的损耗现象。
当材料受到周期性的应力加载时，材料会出现应力与时间相互作用的疲劳现象。
在材料的正常使用中，疲劳现象是经常出现的，它会使得材料的机械性能逐渐减退甚至最终崩溃。
疲劳引起的断裂主要有以下几种类型：1、疲劳龟裂疲劳龟裂是一种在交替应力作用下出现的微裂纹，一般从材料的表面开始，然后慢慢向内扩展，最终导致材料的断裂。
这种龟裂是通过应力循环来触发的，循环次数越多，龟裂就会越容易形成。
2、疲劳裂纹的扩展当材料遭到负载后，疲劳损伤的形成通常已经在开始阶段完成。
此时，如果继续加载，则已有裂纹将会扩展，导致更大的损伤。
这种情况在机械应用中是十分常见的。
3、中心断裂中心断裂是因为在应力集中区域的过度紧张，在短时间内发生的剪切然后导致在材料的中央产生一条缝隙，这样会在刚性区域出现明显的裂纹。
材料的断裂是指突然发生的材料破裂现象。
材料的断裂在许多行业中都是极为严重的问题。
材料的断裂常常是由过载引起的。
对于那些承受周期性应力的材料来说，这种过载主要来自于不当的使用或维护，未按照文档或建议的使用限制来操作的情况。
材料的疲劳和断裂通常与材料的结构有关。
材料的结构可以被看作是由一种材料元素的不同组合形成的。
这些元素可以是薄片、棒材、管道等形式。
材料的结构对于其对应的机械性能具有至关重要的作用。
当材料的结构发生损伤时，其对应的机械性能会相应地减弱，这也会影响材料的寿命。
为了避免材料的疲劳和断裂，一些重要的策略可供参考。
首先，在设计过程中，应当避免过度的负载和应力极值。
其次，材料的制造应尽可能地遵守相关的规范，以确保材料的质量和结构的稳定性。
工程力学中的材料疲劳与断裂行为研究
工程力学中的材料疲劳与断裂行为研究工程力学是研究物体受力和变形规律的学科，而材料疲劳与断裂行为是工程力学中一个重要的研究方向。
本文将就材料疲劳与断裂行为进行探讨，以加深读者对工程力学的认识。
1. 疲劳断裂概述在工程结构设计与使用过程中，材料常常处于长期的循环加载状态。
疲劳断裂是指当材料在受到循环加载作用后，经过多次循环后出现的断裂现象。
疲劳断裂不仅是工程结构安全的隐患，也是很多事故和灾害的原因。
因此，对材料的疲劳与断裂行为进行研究具有重要意义。
2. 材料疲劳行为研究材料的疲劳行为是指材料在受到循环加载作用后产生的力学和物理响应。
该行为与材料本身的性质、载荷的频率和幅值有关。
疲劳行为的研究内容包括疲劳寿命预测、疲劳裂纹扩展规律等。
科学家通过对材料疲劳行为的研究，可以提高工程结构的安全性和可靠性。
3. 材料断裂行为研究材料的断裂行为是指材料在受到外界力作用下发生破裂的过程。
断裂行为的研究可以揭示材料的强度和韧性，以及断裂过程中的力学响应。
断裂行为的研究对于材料选择和结构设计具有重要意义。
科学家可以通过对材料断裂行为的研究，提高工程结构的可靠性和安全性。
4. 材料疲劳与断裂行为的分析方法研究材料疲劳与断裂行为的方法包括实验方法和数值模拟方法。
实验方法通过对材料进行加载实验，观察其疲劳与断裂行为，获取相关的力学参数。
而数值模拟方法则通过建立材料的数学模型，借助计算机进行仿真计算，预测材料的疲劳与断裂行为。
实验方法和数值模拟方法一同应用，可以更全面地了解和分析材料的疲劳与断裂行为。
5. 材料疲劳与断裂行为的应用材料疲劳与断裂行为的研究成果广泛应用于工程实践中。
对于制造业而言，研究材料的疲劳与断裂行为，有助于提高产品的质量和可靠性。
在航空航天领域，研究材料的疲劳与断裂行为可以提高飞机结构的安全性。
在交通工程领域，研究材料的疲劳与断裂行为有助于提高道路与桥梁的耐久性和承载能力。
总结：工程力学中的材料疲劳与断裂行为是一个重要的研究方向。
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论文题目：疲劳与断裂综述院（系）材料与化工学院专业材料工程姓名学号目录1 绪论 (3)1.1 疲劳及断裂力学发展 (3)1.2 疲劳与断裂力学的关系 (3)1.3 疲劳设计方法 (4)2 疲劳现象及特点 (4)2.1 变动载荷和循环应力 (4)2.2疲劳现象及特点 (5)2.3疲劳断口宏观特征 (5)3 疲劳过程及机理 (6)3.1 疲劳裂纹萌生过程及机理 (6)3.2 疲劳裂纹扩展过程及机理 (7)4 疲劳影响因素及应对措施 (8)4.1 疲劳强度影响因素 (8)4.2 提高疲劳强度的措施 (9)5结束语 (10)1 绪论1.1 疲劳及断裂力学发展日内瓦的国际标准化组织（ISO）在1964年发表的报告《金属疲劳试验的一般原理》中给疲劳下了一个描述性定义：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能叫疲劳”。
金属材料和构件的断裂，绝大部分属于疲劳断裂。
材料的疲劳不仅是所有运动物体的一个共同性问题，对某些显然是静止的物体，只要它承受循环力或循环变形，就会因为疲劳而发生破坏。
疲劳裂纹扩展是累计损伤的过程，包括金属在内的任何材料加工而成的机构或设备，在载荷反复作用下，机械结构的 50%~90%都会发生疲劳破坏。
由于材料的破坏行为和静力相比有着本质的区别，使得材料的疲劳问题成为备受关注的问题之一。
科学的研究方法对正确认识疲劳问题具有至关重要的意义。
经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。
现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。
1.2 疲劳与断裂力学的关系疲劳学研究重复载荷及材料及结构的疲劳强度及疲劳寿命问题。
断裂力学研究带裂纹体的强度问题。
疲劳破坏过程是从原子尺寸，晶粒尺寸到大型结构尺寸，跨越十几个量级的十分复杂的过程，疲劳破坏过程按裂纹扩展过程可以大致分为几个阶段。
（1）亚结构和显微结构发生变化，从而形成永久损伤形核。
（2）产生微观裂纹。
（3）微观裂纹长大和合并，形成“主导”裂纹。
一般认为，这一阶段的疲劳通常是裂纹萌生与扩展之间的分界线，即疲劳与断裂力学的分界岭。
（4）主导宏观裂纹的稳定扩展。
（5）结构失去稳定性或完全断裂。
1.3 疲劳设计方法根据处理裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段的不同定量处理，工程中运用疲劳学和断裂力学形成不同方法。
分别是疲劳法—安全寿命法、损伤容限法、“安全-寿命”和“失效-安全”法。
2 疲劳现象及特点疲劳是在材料在变动载荷循环作用下产生的破坏。
工程中很多机件和构建都是在变动载荷下工作的，如曲轴、连杆、齿轮、弹簧、辊子、叶片及桥梁等，其主要失效形式是疲劳破坏。
2.1 变动载荷和循环应力变动载荷是引起疲劳破坏的外力，它是指载荷大小，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。
变动应力可分为规则周期变动应力和无规则周期变动应力两种。
循环应力的波形有正弦波、矩形波和三角波三种，其中常见的为正弦波。
循环应力通常用几个参量来表示：最大应力σmax最小应力σmin平均应力m=(σmax+σmin)/2应力幅a=(σmax-σmin)/2应力比或循环特性参数R=σmin/σmax应力幅度（应力变程）D=σmax-σmin2.2疲劳现象及特点(1) 疲劳的分类。
疲劳可根据不同方法进行分类。
按应力状态不同，可分为弯曲疲劳、扭转疲劳、复合疲劳等；按环境和接触情况不同，可分为大气疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳、高温疲劳、接触疲劳等；按循环周期不同，可分为高周疲劳、低周疲劳；按初始状态情况，可分为无裂纹零件和裂纹零件的疲劳。
(2) 疲劳的特点。
疲劳断裂与静载荷或一次冲击加载断裂相比，有以下特点：a)疲劳是低应力延时断裂，发生在应力水平远小于材料的抗拉强度甚至屈服强度。
断裂寿命随应力不同而变化，应力高寿命短，把锅里地寿命长。
当低于某一临界值（门槛值）时，寿命可达无限长。
b)疲劳破坏在宏观上无明显塑性变形，是脆性断裂。
由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低，所以无论是韧性材料还是脆性材料断裂前都不会有明显的塑性变形，它是在长期损伤积累过程中，经裂纹萌生和缓慢扩展到临界尺寸才突然发生的断裂。
因此，是一种潜在的突变型断裂。
c)对材料的缺陷十分敏感。
疲劳破坏常具有局部性质，所以对缺陷有高度的选择性。
缺口的应力集中增大对材料有损伤作用；组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等）降低材料局部强度。
因此改变局部设计可以明显延长结构寿命（细节设计）。
d)疲劳断口在宏观和微观上均具有特征，可以借助断口分析判断是否属于疲劳破坏。
2.3疲劳断口宏观特征疲劳断裂和其他断裂一样，断口保留了断裂的痕迹，具有明显的形貌特征。
这些特征受材料性质、应力状态、应力大小及环境特点等因素影响。
典型疲劳断口具有三种不同的区域——疲劳源、疲劳区、瞬断区。
如图1所示。
图1 疲劳宏观断口（1）疲劳源区：裂纹的萌生地；裂纹处在亚稳扩展过程中。
由于应力交变，断面摩擦而光亮。
加工硬化。
随应力状态及应力大小的不同，可有一个或几个疲劳源（2）扩展区：断面比较光滑，并分布有贝纹线。
循环应力低，材料韧性好，疲劳区大，贝纹线细、明显。
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。
3 疲劳过程及机理疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹亚稳扩展及最后失稳扩展三个阶段，其疲劳寿命Nf由疲劳裂纹萌生期Ni和裂纹亚稳扩展期Np 所组成。
3.1 疲劳裂纹萌生过程及机理疲劳微裂纹在其形成和扩展过程中，会表现出与宏观裂纹不同的行为，一般来说，疲劳微裂纹长度小于或相当于材料内部细观组织单元（如晶粒、第二相粒子等）尺度，对于光滑的工程材料，疲劳微裂纹总是在自由表面处形成，但是由于受到材料微观组织的影响，微裂纹有着有不同的形核位置和萌生形式。
比如，对于高强度钢，裂纹一般萌生于夹杂物；对于高强度铝合金，裂纹往往起源于尺度较小的第二相颗粒；对于一些中、低强度的合金材料，裂纹趋于在滑移带上形成。
尽管短裂纹的萌生方式因材料而异，但其过程都是由表面或近表面处的局部塑性应变中造成的。
（1）驻留滑移带开裂在低强度的金属材料中，疲劳裂纹一般起始于某些滑移带。
与静载荷下出现的滑移带不同，交变载荷下形成的表面滑移带分布不均匀，滑移台阶一般在高应力的局部地区产生。
滑移产生的表面突起经过抛光后虽能暂时消除，但是如果继续循环几个周次，滑移台阶又在原处出现，这称为“驻留滑移带”，它标志着疲劳损伤的开始。
随着不断的循环变形，在材料表面形成了许多的“挤出”和“挤入”。
（2）夹杂物界面开裂在金属材料中，经常不同程度地存在着一些非金属夹杂物和第二相粒子，在交变应力作用下，这些夹杂物或第二相粒子会与基体沿界面分离或者本身发生断裂，这都可能导致疲劳微裂纹的萌生。
（3）晶界开裂当经受较高的应力/应变幅时，尤其是在高温的情况下，裂纹经常萌生于晶界处。
对于高温下的材料，滑移带到达晶界时，会受到晶界的阻碍，但是载荷的继续作用，使得滑移带在晶界上引起的应变不断增加，造成位错堆积，当位错堆积形成的应力达到理论断裂强度时，晶界就会开裂，形成微裂纹。
材料晶粒尺寸越大，晶界上的应变量和堆积的位错就越大，就越容易形成裂纹。
从晶界萌生裂纹来看，凡使晶界弱化和晶粒粗化因素，如晶界有低熔点夹杂物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氢及晶粒粗化等，均易产生晶界裂纹，降低疲劳强度；反之，凡使晶界强化、净化和细化晶粒的因素，均能抑制晶界裂纹形成，提高疲劳强度。
3.2 疲劳裂纹扩展过程及机理当微裂纹在金属表面附近形成后，即进入扩展阶段，这可以分为两个阶段。
第一阶段是沿着最大剪应力的滑移平面向前扩展，这时表面存在着很多微裂纹，但是大多数裂纹较早地就停止扩展，只有少数几个可延伸到几十个微米（约2~3个晶粒尺寸）的长度范围，扩展速率比较缓慢；随着裂纹长度的增加，裂纹的扩展方向转向与拉应力方向垂直，这是裂纹扩展的第二阶段，这时通常只有一个裂纹在扩展。
裂纹的第一阶段扩展是由剪应力分量控制的，而第二阶段则由拉应力控制。
与长裂纹相比，微裂纹的扩展行为的主要特点如下：（1）微裂纹可以在比长裂纹低的名义驱动力下扩展，而且在同样的名义驱动力下，微裂纹具有比长裂纹更高的扩展速率。
（2）微裂纹可以弥散地分布和发展，单位面积上的裂纹数随循环周次增加而增加，当微裂纹密度达到一临界值时将发生裂纹的汇合扩展。
（3）疲劳微裂纹的扩展对微观结构有着强烈的依赖性，因此裂纹的扩展行为具有很大的随机性，最初萌生的裂纹或者初始长度较长的裂纹也并不一定就能生长为主裂纹。
电镜断口分析表明，第二阶段的断口特征是具有呈弯曲并相互平行的沟槽花样，成为疲劳条带（疲劳条纹、疲劳辉纹）。
它是裂纹扩展时留下的微观痕迹，每一条带可以视作一次应力循环的扩展痕迹，裂纹的扩展方向与条带垂直。
疲劳条带是疲劳断口最典型的微观特征。
在失效分析中，常利用疲劳条带间宽与ΔK的关系来分析疲劳破坏。
但是实际观察不同断口时，并不一定都能看到清晰的疲劳条带。
一般滑移系多的面心立方金属，如Al和Al合金、Cu和Cu 合金等，疲劳条带较明显：而滑移系较少或组织状态比较复杂的钢铁材料，其疲劳条带往往短窄而紊乱，甚至看不到。
应该注意：疲劳条带和宏观断口的贝纹线并不是一回事，条带是疲劳断口的微观特征，贝纹线是疲劳断口的宏观特征。
4 疲劳影响因素及应对措施4.1 疲劳强度影响因素影响疲劳性能的因素很多，但对疲劳性能影响最大的主要因素有：（1）组织结构：一种材料的成分虽然相同，但如果采用不同的热处理制度，则可形成不同的组织结构，如奥氏体和马氏体，这将导致不同的疲劳性能。
一些材料采用表面激光淬火来得到表层马氏体和心部奥氏体的组织，利用表层的高屈服强度和心部韧性，以综合提高构件的疲劳性能。
（2）表面状态：疲劳失效常从表面开始，一方面这与表面往往承受最大的交变载荷有关；另一方面表面易于存在加工缺陷或与外界接触产生局部的缺陷。
不同的表面处理可产生不同的疲劳性能，如采用表面强化（喷丸、滚压和挤压等）可显著改善疲劳性能，而脱碳、电镀和阳极化等处理可降低材料或构件的疲劳性能。
不同的机械加工状态导致的表面粗糙度和残余应力不同，也对疲劳性能影响很大。
表面状态主要包括表面粗糙度、表层残余应力等，有时也被称为表面质量。
（3）应力集中：缺口、圆角或其他几何形状的突然变化都将导致应力集中，从而降低材料的疲劳性能，因此在设计零件时应注意采用适当半径的圆角逐步进行过渡，以确保危险截面的承载能力。
此外，不同材料对应力集中的敏感性不同，一般高强度材料对应力集中比较敏感，因此在选用高强度材料进行替代时，应注意高强度材料的应力集中敏感性，并采用更大半径的圆角进行逐步过渡。