部品のポイントに十分な外亂応力が加わると、十分なサイクル數(shù)後にクラックが発生し、これを疲労と呼びます。疲労破壊は、エンジニアリング構(gòu)造とコンポーネントの故障の主な原因です。現(xiàn)在のアプリケーションと研究では、疲労試験方法には主に4つのタイプがあります。

1.公稱応力およびひずみ法。

2.局所応力およびひずみ法。

3.エネルギー法。

4.破壊力學(xué)法。

この記事では、4種類のメソッドとそのアプリケーションについて簡単に紹介します。

公稱応力法は、標準部品に定格応力試験を適用する方法であり、最大繰返し応力と降伏応力の関係から、応力疲労とひずみ疲労に分類されます。

まず、応力疲労が導(dǎo)入されます。これは、最大周期応力Smaxが降伏応力Syより小さい場合の応力疲労として定義されます。応力疲労試験により、材料壽命は104倍以上あるため、応力疲労は高サイクル疲労とも呼ばれます。応力疲労の理論によれば、金屬材料の応力Sと破損のサイクル數(shù)Nは非線形に分布します。利用可能なべき関數(shù)：対數(shù)を取る：、または指數(shù)関數(shù)を使用する：対數(shù)を取ることで表現(xiàn)します。この方法はSN法と呼ばれます。結(jié)果は、SNカーブ、または実際のテストのp（生存率）-SNカーブを使用して分析されました。

材料疲労SNカーブには、一般的に応力疲労が使用されます。図1および図2に示すように、AZ31Bマグネシウム合金の疲労限度（応力比は0.1、疲労壽命は疲労荷重に相當する107）は、リフティング法で試験されています。図のAZ31Bマグネシウム合金サンプルの疲労限度は97.29 MPaです。

図1. AZ31Bマグネシウム合金疲労試験

図2. AZ31Bマグネシウム合金疲労試験のSNカーブ

ひずみ疲労は、高負荷、低設(shè)計壽命のコンポーネントのテストに適用されます。定義は次のとおりです。最大周期応力Smaxが降伏応力Syよりも大きい場合、それはひずみ疲労です。応力疲労試験は、高負荷および低周波數(shù)でのコンポーネントの研究に使用されます。たとえば、圧力容器の耐用年數(shù)では、サイクルの合計數(shù)は104のオーダーです。したがって、疲労性能パラメータの記述としてひずみが使用されます。ストレス疲労は低サイクル疲労としても知られています。

ひずみ疲労研究の學(xué)者たちは、次の理論、材料の応力ひずみ（Remberg-Osgood弾塑性応力ひずみ）関係を提唱しています。

式では、εe弾性ひずみ振幅、εpは塑性ひずみ振幅です。

定振幅対稱ひずみ試験では、材料の塑性変形により、ひずみが減少すると元の経路では応力を減少させることができず、応力-ひずみ曲線は環(huán)狀になります。この曲線はヒステリシスループと呼ばれます。サイクル數(shù)が増加すると、同じひずみ振幅応力が増加または減少します。変化に対応するこの応力の応答は、循環(huán)硬化または循環(huán)軟化と呼ばれます。サイクルは數(shù)サイクルで十分であり、一部の材料は安定したヒステリシスループを形成します。

ひずみ疲労では、応力-ひずみ曲線を使用して、材料の循環(huán)硬化または循環(huán)軟化傾向を記述します。対稱的なヒステリシスループ曲線を持つ材料の場合、これは質(zhì)量材料と呼ばれます。

下の図は、圧延方向と橫方向に荷重をかけたZK60マグネシウム合金のσ-ε曲線を示しています。橫方向では、周期硬化現(xiàn)象が顕著です。

図3.σ-ε回転曲線に沿ったZK60Aマグネシウム合金荷重

図4.橫方向のσ-εカーブに沿ったZK60Aマグネシウム合金の荷重

切り欠きのある試験片と応力集中部品については、局部応力ひずみ解析が使用されます。現(xiàn)在の研究では、部材の疲労壽命は局所的な最大ひずみと応力であり、応力集中係數(shù)の概念が提案されています。材料の亀裂形成の壽命の計算や、コンポーネントの殘留疲労壽命の予測に適しています。

局所応力法が提唱する理論は、ノイバーの公式（応力集中式）

Minner理論（疲労累積損傷理論）：一定応力Sの下での部材の疲労壽命はNであり、nサイクルによる損傷は次のとおりです。

k一定応力Siの下でniサイクルにさらされた場合、合計損傷は次のように定義できます。

損傷基準は次のとおりです。

局所応力法の適用を図5と図6に示します。

図5.切欠き付き試験片の疲労壽命予測

図6.クレーンの疲労壽命予測（クレーンの応力とひずみのテストポイント分布マップ）

応力集中點の疲労壽命は、次の式に従って計算されます。

ここで: Sf – 等価応力平滑サンプル疲労壽命

図6クレーンの疲労壽命計算方法は、異なる試験點の時刻歴マップと各點の疲労壽命方程式を入力し、各點の殘留疲労壽命を計算する方法です。デフォルトの壽命最小點は、デバイスの殘りの疲労壽命です。クレーンの場合、學(xué)者たちは普通鋼の累積損傷値Dが0.68に達することを示唆しています。

赤外線サーモグラフィーは、材料の疲労過程のエネルギー定數(shù)の法則に基づいて、疲労性能を予測する方法です。疲労熱畫像法は、熱力學(xué)エネルギーU、運動エネルギーK、および疲労過程におけるエネルギー散逸の他の形態(tài)に基づいています。物體によって吸収または放散されるエネルギー変化Eと熱変化Qの合計は、物體に作用する仕事Wでなければなりません。同じ。

疲労熱畫像処理には、非破壊、リアルタイム、非接觸の利點があります。同時に、エネルギー散逸と疲労荷重の間の非線形関係、および熱散逸を使用した溫度散逸の誤差のため、それはまだ工業(yè)的測定には適していません。

現(xiàn)在の研究では、次の予測モデル理論、Luong法、ΔTmax、および疲労壽命Nfが提案されています。

ここで、C1、C2は定數(shù)です。

したがって、疲労限度は2線法で予測できます。熱放散に基づいて、學(xué)者は次のモデルを提案しました：

R溫度上昇勾配

以下は、太原理工大學(xué)の張洪夏先生のチームによる疲労熱畫像法の研究です。 AZ31B Mg合金の疲労壽命は、サーマルイメージングによってすぐに予測されました。 2行法に従って材料の疲労限度を予測するには、サンプルの最初の段階の溫度上昇をテストするだけで済みます。それぞれ図7、図8、図9。

図7.疲労試験のサイクルタイムが異なるAZ31Bマグネシウム合金サンプルの表面溫度

図8. AZ31B疲労プロセスのサンプル表面溫度曲線

図9.疲労荷重による溫度の変化

線形弾性破壊力學(xué)は、疲労亀裂の成長を研究するための理論的な基礎(chǔ)です。疲労亀裂伝播は、応力拡大係數(shù)Kによって定量的に説明することもできます。

疲労荷重の下では、サイクル數(shù)Nによる亀裂長さaの変化率a、da / dNは、疲労き裂成長の速度であり、亀裂の伝播速度を反映しています。與えられた亀裂長さaに対して、da / dNは繰返し応力振幅?σの増加に伴い増加します（?σが大きいほど、?Kは大きくなります）。この現(xiàn)象に基づいて、學(xué)者はda /dN-ΔK（亀裂伝播）を研究しています。レート-ストレス強度増加曲線、曲線は3つのゾーンに分割できます：低レート、中レート、高レートゾーン。パリの公式は、中程度のレートの安定した拡張の間には線形関係があると述べています：

亀裂先端の形狀の実験式：

疲労亀裂の形成と膨張は、損傷力學(xué)の枠組みの下で統(tǒng)一することができます。

以下は、AZ31Bマグネシウム合金の亀裂成長速度の研究であり、AZ31Bの安定した膨張速度を評価します。

図10.疲労亀裂先端の競合メカニズムの概略図

図11.亀裂先端の応力-ひずみ場の3つの異なる領(lǐng)域の概略図

図12.疲労亀裂先端の競合メカニズムのaN曲線の概略図

図13.疲労亀裂先端の競合メカニズムのda /dN-ΔK曲線の概略図

ABセグメント（中速帯）：da / dN = 4.57×10-7（ΔK）3.25（7.2 ＜ΔK≦13.5 MPa?m1 / 2）

BCセグメント（高速ゾーン）：da / dN = 3.16×10-10（ΔK）6.21（13.5 ＜ΔK≤22.1MPa?m1 / 2）

結(jié)論：

4つのタイプのメソッドは、アプリケーションが異なります。公稱応力法と局所応力法は、産業(yè)分野における材料と部品の性能試験に適しています。エネルギー法は材料の疲労壽命を予測でき、破壊力學(xué)法は疲労亀裂の形成と膨張を統(tǒng)合することに成功しています。