材料疲劳是什么现象?举例说明材料疲劳对实际工程的影响。
材料疲劳是指材料在受到交变应力或应变的长期作用下,即使最大工作应力远低于材料的静力强度,也会逐渐产生内部微观裂纹,并随着使用时间的积累,这些微观裂纹会逐渐扩展,最终导致材料或构件突然断裂的现象。
例如,在汽车工业中,疲劳问题是非常关键的因素。汽车的悬架系统、传动轴、发动机部件等都长期承受着周期性的加载和卸载。以汽车车轮的轮毂为例,轮毂在车辆行驶过程中不断受到由路面不平引起的周期性负载,这些负载虽然在每次作用时都不足以破坏轮毂材料,但经过长时间的累积,可能会在材料内部产生微小的裂纹。这些裂纹随着时间的增长和行驶里程的增加而逐渐扩展,最终可能导致轮毂失效或断裂。一旦发生这种情况,不仅会造成车辆损坏,还可能对乘客的安全构成威胁,严重时甚至会导致交通事故的发生。
又如,在航空领域,飞机的翼梁也经常面临材料疲劳的问题。飞机在起飞、飞行、降落过程中,翼梁会反复经受升力、重力的变化。这种长时间的周期性应力变化会对材料造成损伤,如果不及时检查维护或者在设计阶段没有充分考虑疲劳因素,也可能导致翼梁断裂,引发严重的飞行事故。
为了预防材料疲劳造成的损坏,工程师们需要在设计阶段就进行详细的疲劳分析,预测结构和材料的工作寿命,采取适当的设计、选材和维护措施,如使用强度更高、疲劳性能更好的材料,对容易产生疲劳的区域进行加固处理,定期进行疲劳损伤的检测等,以确保产品的可靠性和安全性。