疲劳可定义为承受循环载荷的材料或组件的开裂。主要问题是裂纹萌生和扩展需要的负载通常较低。因此，裂纹开始时扩展较慢，大多数时候不易发现。裂纹一旦变大，扩展速度就会加快，并且大多在毫无征兆的情况下导致灾难性故障。

　　组件的疲劳寿命可分为两个阶段：裂纹萌生和裂纹扩展。

裂纹萌生

　　通常，组件在承受循环负载时，表面萌生裂纹。萌生位置通常与应力集中相关，例如，一般的表面缺陷，如凹痕，坑，孔等…此外，疲劳循环也可能使持久的滑移带上萌生裂纹。任何萌生裂纹的机制都是一个随机的过程。很难预测裂纹将从何处开始产生，因为即使微小的缺陷也能产生较大的破坏力。组件的大多数疲劳寿命都消耗在这一阶段。有时，萌生阶段占据了90%的疲劳寿命。

裂纹扩展

　　本阶段包括组件承受循环负载时预先存在的裂纹的扩展。有时很难划分两个阶段的界限，即：萌生何时结束而扩展何时开始。通常，我们认为“长”裂纹形成时，萌生阶段结束。然而，该术语的定义方法不止一种。在冶金学家看来，大于材料典型的结构特征(例如，粒度)便能称为“长”裂纹，另一当面，工程师可能认为长度至少应该达到1mm的裂纹才能称为“长”裂纹。

　　可应用断裂力学技术研究裂纹扩展。事实上，根据帕里斯定律的规定，由于高循环疲劳裂纹尖端的塑性区通常较小，因此使用线性弹性断裂力学表征裂纹扩展。其中一个优点是标准化的测试程序可用于恒定的振幅负载。正如前面指出的，疲劳寿命在这一阶段的消耗比例通常比在萌生阶段小的多。

　　抛喷丸强化被应用于改善组件的疲劳行为。通常认为，这种改善源于压缩残余应力和表面硬化。这两种效应结合在一起，可阻碍裂纹的萌生。例如，次表面区域扩展的压缩残余应力(通常高达400-500微米)会减少应用在组件表面层的局部应力范围。因此，便推迟了裂纹萌生。对于表面硬化，如果表面较硬，裂纹便会在次表面萌生，但是，次表面的压缩应力会成为障碍。

　　扩展阶段抛喷丸强化的益处不太明显。对于“长”裂纹，裂纹侧面没有应力，而裂纹尖端的应力较为集中。因此，组件上的裂纹扩展时，现有的残余应力场放松下来，应力重新分布。

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培训专栏
作者：Jesus Ruiz-Hervias，MFN官方培训师
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