什么是金属疲劳？

金属疲劳会在没有警告的情况下导致灾难性故障，例如风扇叶片与喷气发动机分离，造成损坏甚至死亡。要了解和防止金属疲劳，我们必须首先了解金属中的应力。

应力可以以不同的方式施加。例如，在弯曲的金属线片的外径上会产生拉应力。同时，在弯曲的内半径处产生压缩应力。反转弯曲会反转压缩和拉伸应力。

当反复重复时，像这样的应力集中会导致微裂纹。如果压力继续存在，裂缝就会扩大。而且由于裂缝很小，因此可能很少或没有明显的警告。结果可能是不可预测的金属疲劳失效。

引起金属疲劳的应力

除了弯曲或径向应力外，其他类型的应力也会导致金属疲劳。可能存在由制造过程或材料本身引起的缺陷。由于腐蚀、零件旋转、温度、磨损或结构设计，也会增加金属疲劳。例如，孔的边缘往往会集中应力，但孔可以放在其他地方，使零件不易疲劳。

引起金属疲劳的应力通常低于材料的极限抗拉强度.设计零件的工程师必须了解零件可以承受多少重复应力，这部分取决于金属的疲劳强度。

材料疲劳失效的形式

金属疲劳失效可以体现为不同的疲劳形式，包括：

热疲劳失效 .这种类型的金属疲劳是由于温度变化而发生的。这些变化可能是由环境因素以及关闭和打开应用引起的温度波动引起的。
腐蚀疲劳失效 .通常是由于腐蚀环境会损坏金属。腐蚀最初会导致裂纹，进而导致机械损坏和疲劳。
振动疲劳失效 .顾名思义，振动疲劳是由于振动损坏造成的，当设备以超出操作标准的水平运行时会导致裂纹和应力。
机械故障 .这种类型的金属疲劳是由于应力随时间推移而产生的，包括腐蚀和振动疲劳失效。

确定金属疲劳强度的设计考虑

不同的材料有不同的疲劳强度。为了确定材料的疲劳强度，工程师将在不同的循环载荷下测试多个相同的试样，直到它们断裂。然后可以将许多此类数据点绘制在图表上，以确定材料的疲劳极限。

使用此已知值，结构工程师可以对零件设计进行软件疲劳分析。如果需要，他们可以重新设计零件以最小化内部应力。或者，他们可以指定一种更能抵抗疲劳应力的不同材料。

重复应力引起的金属疲劳可能导致问题的工程设计包括：