机械部件在使用过程中经常会受到交变载荷的作用，这种载荷会逐渐削弱材料的强度，最终导致部件的失效。这种现象称为机械疲劳。为了评估和预测机械部件的疲劳性能，机械疲劳测试至关重要。

疲劳试验方法

1. 旋转弯曲疲劳试验

这是最常见的疲劳试验方法，样品在旋转载荷的作用下弯曲，产生交变应力。通过记录样品的断裂周期数，可以绘制应力-寿命（S-N）曲线，评估材料的疲劳极限。

2. 拉伸疲劳试验

样品在拉伸载荷的作用下往复变形，产生交变应力。通过控制载荷幅度和频率，可以评估材料在不同应力水平下的疲劳寿命。

3. 扭转疲劳试验

样品在扭转载荷的作用下扭转，产生交变剪应力。这种方法主要用于评估齿轮、轴和其他承受扭转载荷的部件的疲劳性能。

疲劳性能评估

1. 疲劳极限

疲劳极限是材料所能承受的最大交变应力，在低于此应力水平时，材料不会发生疲劳失效。

2. 疲劳寿命

疲劳寿命是指材料在特定应力水平下断裂前的循环周期数。可以通过S-N曲线预测疲劳寿命。

3. 疲劳裂纹萌生和扩展

疲劳裂纹通常从材料表面或内部缺陷处萌生，并随着载荷循环的继续而扩展。通过疲劳断口形貌分析，可以了解疲劳裂纹萌生和扩展的过程。

疲劳性能预测

1. 线性弹性断裂力学

线性弹性断裂力学（LEFM）假设疲劳裂纹是尖锐的，可以用应力强度因子K来表征。K值可以预测疲劳裂纹的萌生和扩展速率。

2. 非线性断裂力学

非线性断裂力学（NLFM）考虑了裂纹尖端的塑性变形，并采用了更加精细的裂纹扩展模型。NLFM可以提供更准确的疲劳裂纹扩展预测。

3. 疲劳损伤累积理论

疲劳损伤累积理论假设疲劳损伤是载荷循环数和应力幅度的函数。通过累积损伤分数，可以预测疲劳寿命。

影响疲劳性能的因素

1. 材料特性

材料的强度、韧性和断裂韧性对疲劳性能有显著影响。

2. 载荷特性

载荷的幅度、频率和波形会影响疲劳寿命。

3. 环境因素

腐蚀性环境、高温和低温会降低疲劳性能。

4. 表面质量

表面缺陷、应力集中和加工硬化等因素对疲劳性能有重要影响。

应用

机械疲劳测试和预测广泛应用于：

机械部件的设计和优化

疲劳失效分析和预防

材料性能表征

质量控制和缺陷检测

机械疲劳测试和预测是确保机械部件安全性和可靠性的重要工具。通过深入了解疲劳现象和预测技术，工程师可以设计出更耐疲劳的结构，防止灾难性失效的发生。