疲劳曲线及其极限

在交变载荷下，构件承受的交变应力和断裂循环周次之间的关系，通常用Whöler疲劳曲线来描述。在一组标准试样上施加不同载荷F、且r=-1的交变应力，将所加的最大应力σ_max和对应的断裂周次N_f取对数，绘成图便得到如图4-2所示的疲劳曲线，即S-N曲线（S代表应力，此处用σ）。由图可见，当σ下降时，对应的断裂前的循环周次不断增加，当σ降至σ_r时，表示循环无数次后构件也不发生疲劳断裂。称此应力σ_r为材料的疲劳极限。对旋转弯曲的轴类零件，此值表示为σ_-1。

图4-2 疲劳曲线

但对于铝合金，部分有色金属以及在高温或腐蚀介质中工作的黑色金属，其疲劳曲线没有水平段，一般规定循环次数N大于5×10⁷次时的应力作为“条件疲劳极限”。

当缺少材料的疲劳试验数据时，可由材料的拉伸强度极限作出近似的材料的S-N曲线，其方法为取10⁸次循环的对称弯曲疲劳极限为0.9σ_b，取10⁶次循环作为S-N曲线出现水平的转折点，其对称弯曲疲劳极限σ_-1为0.5σ_b（锻钢）或0.4σ_b（轧钢材、铸钢和铸铁），连接这两点即得出弯曲应力下的材料S-N曲线。若在拉压应力下，10⁶次循环时的疲劳极限取0.85σ_-1，10³次循环时的疲劳极限取0.75σ_b。在扭转应力下，10⁶次循环时的疲劳极限取0.58σ_-1，10³次循环时疲劳极限取0.9τ_b（钢材τ_b=0.8σ_b，有色金属的τ_b=0.7σ_b）而得出材料估算的S-N曲线。

根据大量试验结果，常用材料的疲劳极限与静强度之间有一定的近似关系，如表4-2所示。(www.xing528.com)

表4-1 几种典型的交变应力

表4-2 疲劳极限与静强度

材料疲劳性能测试的实验方法，一般都按标准试验方法进行。