金属低周疲劳试验的检测结果

低循环疲劳问题与工程上的其他问题一样，始于实践并逐步被人们所认识。在研究飞机、船舶、桥梁、核反应堆装置、建筑物以及一些设备的断裂时发现，在较高应力、循环次数少的情况下也经常发生断裂，这种失效模式常常归于低周疲劳破坏。

大多数工程构件都存在应力集中。当构件受到循环载荷的作用时，虽然总体上处在弹性范围内，但在应力集中区材料可能已进入弹塑性状态，如图12-1所示。这种较小的局部塑性变形区通常又被周围的弹性区所约束，因此，即使实际构件的名义应力处于弹性范围，其关键部位也已进入弹塑性状态，处于循环应变的疲劳过程中。这类服役条件下的疲劳寿命一般小于10⁵周次，正好与高周疲劳寿命10⁵～10⁷周次相衔接，通常称之为低周疲劳（或低循环疲劳）。低周疲劳和高周疲劳的区分一般以5×10⁴循环周次为界，或以是否存在宏观塑性应变来界定。低周疲劳力学是研究关键零部件的拐角、孔边、沟槽、过渡截面等应力或应变集中区材料的循环应力-应变行为，并结合零部件局部应变法定量描述试样或零部件疲劳寿命的一种方法。

图12-1 疲劳断裂过程示意图(www.xing528.com)

当前，随着计算机技术的应用和断裂力学的发展，设计者为了充分发挥材料的应用潜力，最大可能地减轻零部件的重量并提高产品的性能，越来越多地采用弹塑性设计技术，即允许零部件关键零部件在塑性状态下工作。因此低周疲劳问题显得尤为重要。材料的低周疲劳性能已成为设计选材、寿命估算的关键力学性能指标。尤其是在航空工业，飞机和发动机零部件的设计迫切需要用低循环应变理论进行分析，采用局部应变法对零部件的低循环疲劳寿命进行估算。

低周疲劳比较复杂，包括的范围也很广，仅以受力方式而言就有轴向拉压、弯曲、扭转、单轴和多轴低周疲劳之分。按控制方式来分，低周疲劳可以分为应力控制和应变控制。但是，当采取应力控制时，由于在施加应力超过材料的屈服强度时，可能出现不稳定的塑性流变，因此，低周疲劳的试验一般采取应变控制的方式。本章重点介绍轴向等幅低周疲劳试验，并简单介绍作为低周疲劳特例的疲劳-蠕变交互作用和热疲劳等试验。