学科形成与发展的历史演变

虽然微动损伤广泛存在于各种结构的紧密配合件中，但是针对微动的研究却仅有百余年的历史。1911年，Eden、Rose和Cunningham等在金属的疲劳试验报告中首次描述了夹紧件在与试件接触处出现严重锈蚀致使试件难以从夹具中取下的现象，但是他们并没有对该现象进行合理解释和深入研究。1924年，Gillet和Mack发表了关于金属疲劳试验的研究报告。报道了试件没有在预期部位断裂，而是在夹紧部位破坏的现象，但他们并未做更为深入的研究。首先对微动损伤进行系统性研究的是Tomlinson，从1927年开始，他设计了专用设备，并在钢试样表面观察到棕红色的α-Fe2O3氧化磨屑。他认为腐蚀是产生氧化磨屑的次要因素，造成损伤的主要因素是接触表面的某种微小的相对滑动，并进一步指出发生微动损伤的条件是“表面必须紧紧地压在一起”“不停地来回滑动”。虽然当时没有条件进行深入的研究，但其研究普遍被学术界认为是对微动现象的第一次系统的阐述。他的研究成果揭示了Eden等所观察到的锈蚀现象不是在静止状态下发生的，而是在接触表面的某种微小相对滑动情况下产生的，奠定了微动损伤科学的基础，具有重要的意义。同时，他也是第一个使用“fretting”一词的人。随后，关于微动损伤的研究逐渐增多，Tomlinson和Warlow Davies发现微动作用会加速试件的疲劳失效并展开了一定程度的研究。McDowell的试验研究指出，微动和疲劳的共同作用会使结构的强度降低因子增至2～5或更大。

1949年，Mindlin首次运用接触力学理论解释微动现象，提出在一定条件下微动接触区是由滑移区和黏着区组成的，并最早计算了微动接触区的应力分布。Mindlin模型的提出标志着微动摩擦学的发展进入到一个新的阶段，此后关于微动的研究迅速增加。在20世纪40年代末到70年代初的这段时间内，各种解释微动的理论和模型被逐渐提出，包括Feng和Uhigh分别于1953年和1954年提出的磨损速率变化理论和化学机械理论；Nishioka于1969年提出的早期微动疲劳模型；Hurrick对微动损伤的3个过程的描述；Waterhouse于1972年发表的首部有关微动的专著Fretting Corrosion。这些理论和模型初步构成了微动摩擦学的基本理论体系。

随着微动疲劳机理研究的不断深化，微动疲劳过程被认为是一个复杂的机械化学变化相互作用的过程。许多相关学科的理论被用来解释和解决微动疲劳损伤问题。Hoeppner将疲劳极限的概念引入微动疲劳的研究；Endo和Goto将断裂力学方法应用于微动疲劳的研究。Waterhouse将Suh的大位移滑动磨损的剥层理论引入微动磨损的研究。随着相关学科及分析测试技术的发展，新的理论模型不断被提出。这些理论模型包括：Berthier、Vincent和Godet于1988年提出的微动运动调节理论；Zhou和Vincent于1992年提出的二类微动图理论；Godet于1990年提出的三体理论。这些理论不仅揭示了微动运行机制和损伤机制之间的内在规律，而且为微动损伤的试验研究提供了有效工具。(www.xing528.com)

最近20年，微动疲劳对结构可靠性的影响得到科学界的普遍重视，逐渐成为近年来结构疲劳强度领域中的研究热点，每年发表在各类国际期刊上的关于微动疲劳的论文数也由20世纪90年代初的三四十篇增加到现在的三四百篇，在理论分析、试验研究、防护措施和工业应用等方面均得到巨大进展。理论分析方面的研究不再局限于Hertz弹性接触理论，而表现为通过塑性力学、断裂力学、能量分析与数值计算方法相结合的方法模拟微动的运行和破坏过程。例如，Hill等以及Maouche和Dang Van等对微动疲劳裂纹的萌生和扩展所展开的研究从微动疲劳计算力学角度对微动损伤进行了模拟和预测；试验研究方面则借助于新的试验手段和试验技术的应用，使得研究的对象和工况不断扩大，所能得到的试验数据不断丰富。Matlik等利用新的试验设备和测试手段实现了650℃下振荡频率650 Hz的微动疲劳试验；Meriaux和Fouvry将势能落差技术应用在疲劳裂纹扩展的研究中，使裂纹萌生和裂纹扩展长度能够被实时测量。防护措施方面的研究则在表面处理和机械结构改进设计等方面取得了一定进展。与此同时，微动疲劳损伤的理论和分析手段也取得了更加广泛的工程应用。