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，經一定循環次數後產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程。 當材料和結構受到多次重複變化的載荷作用後，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。
基本介紹
- 中文名：金屬疲勞
- 外文名：Metal fatigue
- 拼音： jīn shǔpí láo
- 注音： ㄐㄧㄣ ㄕㄨˇㄆㄧˊ ㄌㄠˊ
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物理原理
金屬疲勞英文詞條名：fatigue of metal。金屬疲勞是指一種在交變應力作用下，金屬材料發生破壞的現象。機械零件在交變壓力作用下，經過一段時間後，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，應儘量減少薄弱環節，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。
相關區別
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巨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。
疲勞特點
1、疲勞為低應力循環延時斷裂，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。
過程機理
疲勞過程包括疲勞裂紋萌生、裂紋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。
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，有三種數學表達式：
1、冪函式式：(σ^m)*N=C
式中：N應力循環數，m、C材料常數。
2、指數式：exp{mσ}*N=C
式中：N為應力循環數，m、C為材料常數。
3、考慮疲勞強度，則冪函式式演變為三參數式：[(σ-σf)^m]*N=C
式中：N為應力循環數，m、C為材料常數,σf為疲勞強度。
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。
遊戲
介紹
“我不能再等了”著名的GameSpot網站曾經對這款遊戲作這樣獨特的評論。Computer Gaming World、Computer Games Strategy Plus等多家著名的遊戲雜誌和網站都對此款遊戲作出較高度的評價，是那款遊戲有幸得到這么多的認同，無它，正是筆者要介紹給各位的，由Psygnosis公司推出的新世紀大作《Metal Fatigue》。
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
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
種族故事
由Zono公司製作的這款《Metal Fatigue》是一款實時戰略遊戲，故事圍繞著Rimtech、Neuropa、Mil-Agro3個機械種族而展開。在一個長期充斥著死亡的地方發生了三種族之間的對立戰爭，他們爭奪著資源的控制和地域的控制，斗得你死我活，你會選擇何方呢？
Rimtech族強壯粗悍是該族的身體特徵，思想上保持了軍國主義的某些特點，奉行於速戰速決的打法，為光榮而戰，基本上，他們是理想主義者，偏激地認為資源就是力量，他們喜歡奪取其它種族先進的技術，就像喜歡資源那樣。當然，在潛在意識中，這一種族依然具有正義感與光榮感。其戰士的戰鬥特點保持了實際與冷靜相給合的特點，武器亦擁有相當高的殺傷力。
Neuropa族具有相當神秘一面的種族，他們沉著，行動迅速而達到神不知鬼不覺的地步，他們信仰自己的宗教。武器方面裝備了善於快速行動和偵察的輕裝甲與裝備，擁有很好的發現敵人的能力和快速的移動力是該種族的特點。
Mil-Agro族強者生存，弱者就只有死亡是Mil-Agro族的觀點，他們是天生的好戰者，戰爭狂人，他們的法律亦如此為依據，允許人們自由搏鬥，勝者為王，敗者為寇，所以，該族擅長近手肉搏戰。
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，一個重型的攻擊機器人可以配上旋轉的刀刃手臂、離子加濃炮手臂、飛彈發射裝置和機甲裝置以發揮最強大的攻擊力。機器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？
戰場概念
在《Metal Fatigue》中，玩家將要在三層的空間中管理自己的部隊與資源，這三層空間包括地面、地底和太空軌道，當然，遊戲中提高了獨特的地圖模式讓你可以一覽無遺，盡在掌握之中。而地圖的構成以細膩的元素為主，表現能力相當強，各種地形和環境構造得相當細緻自然，而人物在地圖中的移動、攻擊等舉動亦生動自然，而且全3D的可轉換場景讓你從不同的角度指揮戰爭，你怎可有半點怠慢。
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。
