晶界结构对奥氏体不锈钢低周疲劳性能的影响(5)
疲劳的分类较广，在以应力状态分类时，可分为扭转疲劳、弯曲疲劳、拉压疲劳以及复合疲劳；以环境及接触情况分类，疲劳可分为大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、接触疲劳等；由于断裂寿命及应力的大小不同，又可分为高周疲劳和低周疲劳，这也是最基本的分类。高周疲劳的断裂寿命较长，一般Nf>105周，断裂应力水平较低，一般低于材料的屈服强度，也称为低应力疲劳。低周疲劳的断裂寿命较短，Nf=102-105周，断裂应力水平较高，一般都会在材料的屈服强度附近，往往会有部分塑性变形发生，也称为高应力疲劳。
1.4.2 材料的低周疲劳
在飞机、舰船、桥梁，风塔及一些建筑设备断裂破坏中，低周疲劳是其中一种很常见的破坏形式。这些结构件在较高的应力和较少的循环次数下容易发生疲劳断裂。舰船常年遭受风暴席卷，桥梁受风吹刮，飞机的起落架、涡轮盘、压力机盘等也经历着循环的应力作用，所以这些结构件在遭受循环载荷的作用下，疲劳寿命均会较短，一般在102-105周，这种疲劳行为即为材料的高应力低周疲劳。
与高周疲劳相比，低周疲劳具有一些特有的特点。
在低周疲劳过程中，局部区域会产生塑性变形，所以在循环过程中应力与应变之间不会呈线性关系，一般会形成滞后回线。如图1.2所示，初始施加载荷时，曲线会沿着OAB进行；在卸载过程中，曲线会沿着BC进行；再在反向加载过程中，曲线会沿着CD进行；在反向卸载的过程当中，又从D点沿DE卸载，之后在正向加载的过程中再次沿EB行进。由此循环路径经过一定周次之后，即会形成如图1.2所示的稳定闭合
滞后回线。在这当中Δεt为低周疲劳试验的总应变范围，Δεp为塑性应变范围，Δεe为弹性应变范围，并且有Δεt=Δεp+Δεe。
另外在进行低周疲劳试验时，一般是控制总应变范围，或者控制塑性应变范围，在给定的总应变幅Δεt或塑性应变幅Δεp下测定疲劳寿命，结果的处理不会采用S-N曲线，一般会改用Δεt-2 Nf或者Δεp-2 Nf曲线来描述材料的低周疲劳行为。
在低周疲劳破坏中可能会有多个裂纹源，因为一般低周疲劳一般采取高应力，裂纹容易形成，且一般形成期较短。低周疲劳微观断口的疲劳条带一般都较粗，间距较宽，且呈现不连续分布。在某些高强度的钢中可能不出现疲劳条带。在某些金属材料中，只有破坏的应力循环周次超过1000周时才出现条带。破坏的循环周次小于90周时断口会呈现韧窝状，在100周以上时可能会出现轮胎花样[14]。
最后，低周疲劳的寿命一般取决于塑性应变幅，高周疲劳寿命则取决于应力幅或应力场强度因子范围，但两者都是循环塑性变形累积损伤的结果。
在研究疲劳时，过去学者一般是研究材料的应力疲劳，随着研究的深入，在研究应力疲劳时，又从研究应变出发，对疲劳断裂进行了研究。1918年，Smith和Wedgwood[15]通过试验得到了循环应力-应变曲线，并把循环塑性应变从总应变中分离了出来。1920年，学者们逐渐证明了重复的塑性应变是形成疲劳裂纹的主要原因。50年代，Manson-Coffin[16]定量地建立了塑性应变和寿命的关系式。60年代后，人们对应变疲劳理论进行了更深入的研究，在通过许多控制应变的低周疲劳试验后，提出了变形低周疲劳分析方法。同时基于应变疲劳分析提出了估算裂纹形成寿命的分析方法，即局部应力-应变法。
构件的局部应力-应变法的基本原理是将载荷作用下结构的名义载荷谱，通过弹塑性分析及材料的循环应力-应变响应转变为危险部位的局部应力-应变谱，然后将危险点的局部应力-应变进行修正，同时按照相同应变下损伤相等的原则，用光滑试样的应变-寿命曲线估算危险部位的损伤。现在，局部应力-应变分析方法以其准确性、合理性受到重视，成为一种比较可靠的工程分析方法，也被认为是目前最有希望的一种寿命预测方法。
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