材料也疲勞

劉　林

我們都有這樣的生活經(jīng)驗(yàn)。一段鐵絲，彎一次一般不會斷。但是反復(fù)彎折，鐵絲遲早就會斷開。這是什么原因呢?這里面就涉及到材料的一個(gè)基本特性——疲勞。材料的疲勞是由交變載荷導(dǎo)致的。更確切的說，是由于材料中應(yīng)力狀態(tài)的改變而產(chǎn)生的。應(yīng)力大小、方向的改變都會導(dǎo)致疲勞。我們還是拿彎曲鐵絲做例子，讓我們看看鐵絲是怎樣被彎斷的。當(dāng)我們用雙手彎曲鐵絲時(shí)，鐵絲上表面的材料處于拉伸應(yīng)力中，而下表面材料處于壓縮應(yīng)力中。當(dāng)彎曲的方向改變時(shí)，鐵絲的受力狀態(tài)剛好相反，這時(shí)鐵絲上表面的材料處于壓縮應(yīng)力中，下表面材料處于拉伸應(yīng)力中。由于我們反復(fù)的彎曲鐵絲，鐵絲上下表面不斷的處于拉伸-壓縮-拉伸這樣的交替應(yīng)力中。材料在這種反復(fù)應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度要低于靜止應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度。當(dāng)達(dá)到一定的彎曲次數(shù)后，鐵絲就斷了。反復(fù)應(yīng)力狀態(tài)下的材料強(qiáng)度就是材料的疲勞強(qiáng)度。靜止應(yīng)力狀態(tài)下的材料強(qiáng)度就是材料的極限強(qiáng)度。材料的疲勞強(qiáng)度低于極限強(qiáng)度。這就是為什么我們不能一下把鐵絲彎斷，而要反復(fù)彎曲。

材料的疲勞有兩個(gè)主要特性。第一是應(yīng)力越大，壽命越短。好比一根鐵絲，反復(fù)彎曲得越厲害，斷裂就越迅速。這是符合我們生活直覺的。你反復(fù)彎曲一根鐵絲越厲害，使鐵絲斷裂所需要彎曲的次數(shù)越少；第二是疲勞壽命具有累積性。比如，一根鐵絲在彎曲一千次的時(shí)候會斷裂。如果你今天彎曲了一百次，感覺累了，就把它放到一邊?！?br>