弹簧疲劳断裂机理

　　在现代工程实践中，绝大多数的工程项目都存在由交变应力而引起的疲劳问题。特别是随着机械速度的提高，以及航空航天等现代工业的发展，许多构件或机械工作在更加恶劣的力学环境下，疲劳破坏导致的失效事故占总事故的比例是相当高的，约占70%。因此，人们已将更多的注意力放在解决疲劳问题上。

　　通常所说的疲劳间题实际上包含了循环应力和循环应变两个性质上不同的领域，它们的失效可能有着不同的机理。对于某些循环载荷作用下的疲劳问题，在每一个循环期间内都出现很大的塑性变形，这种情况一般在载荷较大或有严重应力集中时出现，其相应的疲劳寿命较短，一般在1000一100000左右，通常称之为低周疲劳或应变疲劳。另一类是应变循环幅度主要限制在弹性范围内，应力不大于屈服极限，这种情况通常是在轻载或应力分布较均匀的情况下出现，其相应的疲劳寿命较长，疲劳失效循环数达100000以上，一般称为高周疲劳。

　　弹簧疲劳断裂的分析和研究主要在两个方面进行，一方面是从微观的角度，物理学家、冶金学家和材料学家力图用微观分析的手段了解疲劳问题，解释疲劳的基本现象，在这方面，高分辨率和放大倍数的现代电子显微分析技术为弹簧疲劳断裂机理的研究起了巨大的推动作用。另一方面是从宏观角度，力学家和工程技术人员力图通过对疲劳问题的宏观力学特征的分析和用简单的实验结果以及半经验的设计理论去指导设计零件和系统，以求能对疲劳寿命和疲劳强度作出较好的估计。在近几十年发展起来的断裂力学已取得了许多有实用价值的成果，为工程设计人员提供了一些新的实用的断裂分析理论和安全设计方法。事实上，随着对弹簧疲劳断裂研究的深人与扩展，宏观分析与微观研究已逐渐不可分割地结合起来，综合起来分析弹簧疲劳断裂问题。

　　工程中的弹簧疲劳断裂有着不同的原因、过程和结果，但下述几点是弹簧疲劳断裂的一般特征;

　　1、弹簧疲劳断裂应力远比静载下材料的抗拉强度低，甚至比屈服强度低很多，且无论脆性材料还是塑性材料，都是在没有出现明显的塑性变形情况下突然断裂的，是一种低应力脆断破坏现象;

　　2、弹簧疲劳断裂是损伤积累过程的结果，是与时间相关的破坏方式，它包括了裂纹萌生、裂纹扩展和失稳断裂三个部分，不同阶段损伤方式和损伤量不同;

　　3、工程构件对疲劳载荷的抗力比对静载荷要敏感得多，其疲劳抗力不仅取决于材料本身特性，而且与其形状、尺寸、表面质量、服役条件和环境等密切相关;

　　4.微观上，弹簧疲劳断裂一般为穿晶断裂。