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金屬疲勞是指材料、零構件在循環應力或循環應變作用下。在一處或幾處逐漸產生局部永久性累積損傷,經一定循環次數后產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程。引 當材料和結構受到多次重複變化的載荷作用后,應力值雖然始終沒有超過材料的強度極限,甚至比彈性極限還低的情況下就可能發生破壞,這種在交變載荷重複作用下材料和結構的破壞現象,就叫做金屬的疲勞破壞。

1物理原理

金屬疲勞英文詞條名:金屬疲勞 在交變應力作用下,金屬材料發生的破壞現象。機械零件在交變壓力作用下,經過一段時間后,在局部高應力區形成微小裂紋,再由微小裂紋逐漸擴展以致斷裂。疲勞破壞具有在時間上的突發性,在位置上的局部性及對環境和缺陷的敏感性等特點,故疲勞破壞常不易被及時發現且易於造成事故。應力幅值、平均應力大小和循環次數是影響金屬疲勞的三個主要因素。
金屬內部結構並不均勻,從而造成應力傳遞的不平衡,有的地方會成為應力集中區。與此同時,金屬內部的缺陷處還存在許多微小的裂紋。在力的持續作用下,裂紋會越來越大,材料中能夠傳遞應力部分越來越少,直至剩餘部分不能繼續傳遞負載時,金屬構件就會全部毀壞。
早在100多年以前,人們就發現了金屬疲勞給各個方面帶來的損害。但由於技術的落後,還不能查明疲勞破壞的原因。直到顯微鏡和電子顯微鏡相繼出現之後,使人類在揭開金屬疲勞秘密的道路上不斷取得新的成果,並且有了巧妙的辦法來對付這個大敵。
在金屬材料中添加各種「維生素」是增強金屬抗疲勞的有效辦法。例如,在鋼鐵和有色金屬里,加進萬分之幾或千萬分之幾的稀土元素,就可以大大提高這些金屬抗疲勞的本領,延長使用壽命。隨著科學技術的發展,現已出現「金屬免疫療法」新技術,通過事先引入的辦法來增強金屬的疲勞強度,以抵抗疲勞損壞。此外,在金屬構件上,應盡量減少薄弱環節,還可以用一些輔助性工藝增加表面光潔度,以免發生鏽蝕。對產生震動的機械設備要採取防震措施,以減少金屬疲勞的可能性。在必要的時候,要進行對金屬內部結構的檢測,對防止金屬疲勞也很有好處。
金屬疲勞所產生的裂紋會給人類帶來災難。然而,也有另外的妙用。利用金屬疲勞斷裂特性製造的應力斷料機已經誕生。可以對各種性能的金屬和非金屬在某一切口產生疲勞斷裂進行加工。這個過程只需要2秒鐘以下的時間,而且,越是難以切削的材料,越容易通過這種加工來滿足人們的需要。

2靜力破壞

材料力學是根據靜力實驗來確定材料的機械性能(比如彈性極限、屈服極限、強度極限)的,這些機械性能沒有充分反映材料在交變應力作用下的特性。因此,在交變載荷作用下工作的零件或結構,如果還是按靜載荷去設計,在使用過程中往往會發生突發性故障。
疲勞破壞與傳統的靜力破壞有著許多明顯的本質區別:
(1)靜力破壞是一次最大載荷作用下的破壞:疲勞破壞是多次反覆載荷作用下的破壞,它不是短期內發生的,而是要經歷一定的時間,甚至很長時間才發生破壞。
(2)當靜應力小於屈服極限或強度極限時,不會發生靜力破壞;而交變應力在遠小於靜強度極限,甚至小於屈服極限的情況下,疲勞破壞就可能發生。
(3)靜力破壞通常有明顯的塑性變形產生:疲勞破壞通常沒有外在宏觀的顯著塑性變形跡象,哪怕是塑性良好的金屬也這樣,就像脆性破壞一樣,事先不易覺察出來,這就表明疲勞破壞具有更大的危險性。

3疲勞特點

1、疲勞為地應力循環延時斷裂,即具有壽命的斷裂,其斷裂應力水平往往低於材料抗拉強度,甚至屈服強度。
2、疲勞為脆性斷裂,由於一般疲勞的應力水平比屈服強度低,所以不論是韌性材料還是脆性材料,在疲勞斷裂前均不會發生塑性變形及有型預兆。
3、疲勞對缺陷十分敏感,由於疲勞破壞是從局部開始的,所以它對缺陷具有高度的選擇性。

4過程機理

疲勞過程包括疲勞裂紋萌生、列文亞穩擴展及最後失穩擴展三個階段,其疲勞壽命Nf由疲勞裂紋萌生期Ni和裂紋亞穩擴展期Np所組成。
疲勞裂紋萌生主要包括:
1、滑移帶開裂產生裂紋,金屬在循環應力長期作用下,即使是應力低於屈服應力,也會發生循環滑移並形成循環滑移帶。
2、相界面開裂產生裂紋,很多疲勞源是由材料中的第二相或夾雜物引起的,便提出了第二相、夾雜物和基體界面開裂,或第二相、夾雜物本身開裂的疲勞裂紋機理。
3、晶界開裂產生裂紋,多晶體材料由於晶界的存在和相鄰晶粒的不同取向性,位錯在某一晶粒內運動會受到晶界的阻礙作用,在晶界處發生位錯塞積和應力集中現象。在應力不斷循環下,晶界處得應力集中得不到鬆弛,應力峰越來越高,當超過晶界強度時就會在晶界處產生裂紋。

5壽命公式

常規疲勞強度計算是以名義應力為基礎的,可分為無限壽命計算和有限壽命計算。零件的疲勞壽命與零件的應力、應變水平有關,它們之間的關係可以用應力一壽命曲線(σ-N曲線)和應變一壽命曲線(δ-Ν曲線)表示。應力一壽命曲線和應變一壽命曲線,統稱為S-N曲線。根據試驗可得其數學表達式:
σmN=C
式中:N應力循環數;
m、C材料常數。
在疲勞試驗中,實際零件尺寸和表面狀態與試樣有差異,常存在由圓角、鍵槽等引起的應力集中,所以,在使用時必須引入應力集中係數K、尺寸係數ε和表面係數β。

6遊戲

基本信息
中文名稱:金屬疲勞
英文名稱:Metal Fatigue
別名:激爆裝甲
版本:硬碟版
金屬疲勞
發行時間:2000年
製作發行:製作公司:Zono
發行公司:Psygnosis
地區:美國
語言:英語
簡介:
轉自osloskop
製作公司:Zono
發行公司:Psygnosis
遊戲類型:RTS(即時戰略)
系統要求:P200 32M 3D
機械武器
每個種族都擁有一個共同的特點,就是配置了最致命的武器,這些機器人將會是23世紀最終的武器,這些龐然大物分為五個部分:一對腳,一雙手,還有驅體,就像人一樣,當你玩這款遊戲的時候,你可以重新配置你的機械部隊以適應不同環境的戰爭需要,例如,一個重型的攻擊機械人可以配上旋轉的刀刃手臂、離子加濃炮手臂、導彈發射裝置和機甲裝置以發揮最強大的攻擊力。機械人之間各配件可以進行自由的更換,更有趣的是你可以將敵人的機械武器改作自己的武器,再拿來對付他們。好玩吧?
總結
置身於全3D環境,多重視角隨意轉換,不同於一般的實時戰略遊戲,這款遊戲有很多創新之處,巨大的可配置的機器群體,強勁的人工智慧系統,這些都為這款《Metal Fatigue》提出了很好的買點,就看玩家是否有意了。
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