低周疲劳

低周疲劳 (LCF) 有两个基本特征：每个循环中的塑性变形； 和低循环现象，其中材料对此类负载的耐受力有限。 术语周期指的是导致最终疲劳和失效的重复应力应用； 低周期与应用程序之间的较长时间有关。

疲劳研究主要集中在两个领域：航空领域的尺寸设计和使用先进计算方法的能源生产。 LCF 结果使我们能够更深入地研究材料的行为，以更好地理解复杂的机械和冶金现象（裂纹扩展、加工软化、应变集中、加工硬化等）。

导致低周疲劳 (LCF) 的常见因素是高应力水平和低失效循环次数。 已经进行了许多研究，特别是在过去 50 年中，研究对象是金属以及温度、应力和失效循环次数之间的关系。 测试用于绘制 S-N 曲线，结果表明，失效循环次数随温度升高而降低。 然而，广泛的测试成本太高，因此研究人员主要求助于使用计算机软件进行有限元分析。

通过许多实验，已经发现材料的特性会因 LCF 而改变。 断裂延展性趋于降低，其幅度取决于开始时是否存在小裂纹。 为了进行这些测试，通常使用电液伺服控制试验机，因为它能够不改变应力幅值。 还发现，对已经钻孔的试样进行低周疲劳试验更容易发生裂纹扩展，因此断裂延展性会xxx降低。 尽管孔径很小，从 40 到 200 微米不等，但情况确实如此。

当一个部件经受低周疲劳时，它会反复塑性变形。 例如，如果一个零件要承受拉伸载荷直到它xxx变形（塑性变形），这将被视为半周期低周疲劳或 LCF。 为了完成一个完整的循环，零件需要变回原来的形状。 零件在失效前可以承受的 LCF 循环次数远低于常规疲劳。

这种高循环应变的情况通常是极端操作条件（例如温度的剧烈变化）的结果。 源自材料膨胀或收缩的热应力会加剧零件的负载条件，LCF 特性会发挥作用。

描述低周疲劳行为的常用方程是 Coffin-Manson 关系

• Δεp /2为塑性应变幅；
• εf' 是一个经验常数，称为疲劳延性系数，由 2N =1 处的应变截距定义；
• 2N为失败的逆转次数（N个循环）；
• c 是一个经验常数，称为疲劳延展性指数，通常介于 -0.5 到 -0.7 之间。 小 c 导致疲劳寿命长。
• b 是一个经验常数，称为疲劳脆性指数。

等式的前半部分表示塑性区域，等式的后半部分表示弹性区域。