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在材料科学与工程领域，疲劳问题一直是研究的重点，因为它直接关系到各种工程结构和零部件的可靠性与使用寿命。而S-N曲线作为描述材料疲劳性能的重要工具，在工程设计、材料选择以及疲劳寿命预测等方面发挥着关键作用。今天，就让我们一起深入了解材料的S-N曲线。 1 定义 反映材料疲劳强度的特性曲线为S-N曲线。S-N曲线是用标准小试样在疲劳试验机上试验得到的。 定义:表示外加应力水平和标准试样疲劳寿命之间关系的曲线称为材料的S-N曲线，简称为S-N曲线。 这种曲线通常都是表示中值疲劳寿命与外加应力间的关系，所以也称为中值S-N曲线，又称为沃勒曲线。 试样种类 试样由三部分组成:试验段、夹持段、过渡段，有各种试样。  试验机:扭转试验机、弯曲试验机、拉压试验机、疲劳试验机。 用一组标准试件(一般8-12个试件)，在一定平均应力σm(或一定的循环特征R)下，施加不同的应力幅，测出试件断裂时的循环数N。然后以σmax(或σa)为纵坐标，N为横坐标，画出这些点，连接这些点就得到相应于σm(或R)下的S-N曲线，如图2-17所示，其中，S为应力( stress) , N为寿命。  试验点分布在曲线的两侧，用概率的语言来说:若用该曲线设计的产品，有50%的产品可能达到设计寿命，有50写的产品达不到寿命即破坏。即可靠度为50%。可靠度定义为产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率，一般记为R。今后若不加说明时，SN曲线是指50%的中值寿命的S-N曲线 基本S-N曲线 采用对称循环应力（R=-1，Sm=0），获得的S-N曲线称为基本S-N曲线。 S-N曲线的简化。 S-N曲线简化成两条直线。 左支:在双对数坐标系中一般是一条直线，在单对数坐标系中一般不为直线，但由于用直线表示比较方便，故在单对数坐标系中也简化成直线。 右支:水平直线或者斜直线  1 S-N曲线的表达式  1 疲劳破坏的三个阶段  1 S-N曲线的绘制 绘制S-N曲线需要进行大量的疲劳试验。一般步骤如下： 1. 准备标准试件：将原材料加工成特定形状（如圆棒形）、指定加工精度等级和热处理工艺的标准试件。 2. 设定应力水平：在疲劳试验机上，对试件施加不同水平的交变应力。 3. 记录疲劳寿命：记录每个应力水平下，试件发生疲劳断裂时的循环次数。 4. 绘制曲线：将不同应力水平及其对应的疲劳寿命数据点，绘制在以应力为纵坐标、疲劳寿命对数为横坐标的坐标系中，然后连接这些点，就得到了S-N曲线。 1 总结 S-N曲线作为材料疲劳性能的直观体现，为工程领域提供了不可或缺的设计依据和分析手段。无论是保障大型工程结构的长期稳定运行，还是推动新材料、新工艺的研发创新，S-N曲线都发挥着不可替代的重要作用。随着材料科学和测试技术的不断发展，S-N曲线的研究和应用也将不断深入，为解决更多复杂的工程问题提供有力支持。 |
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