編者按：

第一次工業(yè)革命后，蒸汽機(jī)車等裝備和設(shè)備相繼發(fā)明出來，但隨之而來的是大量的斷裂事故。人們發(fā)現(xiàn)：在循環(huán)載荷作用下，構(gòu)件的使用壽命遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)壽命，甚至不到設(shè)計(jì)壽命的一半。就這樣，人們漸漸認(rèn)識(shí)到了疲勞的破壞力，但最初人們對這一現(xiàn)象并不理解，隨后人們開展了一些有針對性的研究，金屬構(gòu)件疲勞斷裂的面紗漸漸被掀開。從此，人們找開了一扇窗，透過窗欞，人們看到了疲勞問題的本質(zhì)，更看到了戰(zhàn)勝金屬疲勞的曙光。

人們對金屬構(gòu)件疲勞問題的最初理解始于19世紀(jì)。在第一次工業(yè)革命期間，重型卡車、汽車、輪船等機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵構(gòu)件經(jīng)常在循環(huán)載荷下斷裂失效。

起始人們很難理解，為什么在循環(huán)載荷或交變載荷下服役的金屬構(gòu)件的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)壽命。在這段時(shí)間里，一些刻骨銘心的失效事件讓人無比心痛，這也開啟了人們對金屬構(gòu)件疲勞問題的認(rèn)識(shí)。

William Albert于1837年首次發(fā)表了一篇金屬構(gòu)件疲勞的文章，并建立了循環(huán)載荷和金屬構(gòu)件耐久度（durability）之間的關(guān)系。

兩年以后，也就是1839年，Jean-Victor Poncelet，他是球磨機(jī)（mill wheels）鑄鐵軸的設(shè)計(jì)者，首次在力學(xué)書中官方使用了疲勞（fatigue）這個(gè)專業(yè)詞匯。

1842年，在19世紀(jì)一起最為嚴(yán)重的鐵路事故發(fā)生了，大概在凡爾賽附近，火車頭的車軸斷裂了。

William John Macquorn Rankine是這起事故的調(diào)查員，他來自英國軌道車輛公司，針對這起失效車軸的事故分析表明：它的失效源于沿徑向的脆性開裂。

1860-1870年間，August W?ler隨后做了一些開拓性的工作，在他研究車軸失效機(jī)制的時(shí)候應(yīng)用了受控負(fù)載循環(huán)。他引進(jìn)了旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測試，這項(xiàng)工作接下來直接促進(jìn)了S-N曲線圖的發(fā)展，S-N曲線圖主要用于評(píng)估疲勞壽命和耐久度或金屬的疲勞極限。疲勞極限代表在某一應(yīng)力水平下金屬將擁有無限或非常高的疲勞壽命。

在1886年，Johann Bauschinger寫了第一篇關(guān)于材料循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變行為的文章。在19世紀(jì)末，Gerber和Goodman研究了平均應(yīng)力對疲勞參數(shù)的影響并提出疲勞壽命簡化理論?；谶@些理論，設(shè)計(jì)者和工程師開始在產(chǎn)品研發(fā)時(shí)進(jìn)行疲勞分析，對構(gòu)件的壽命預(yù)測比以往更準(zhǔn)確了。

在20世紀(jì)初葉，J. A. Ewing證實(shí)疲勞失效起源于微觀裂紋。1910年，O.H. Baskin使用W?ler測試數(shù)據(jù)定義了一個(gè)典型的S-N曲線的形狀并提出了對數(shù)關(guān)系。L. Bairstow接下來研究了金屬在循環(huán)載荷條件下的循環(huán)硬化和軟化行為。

Alan A. Griffith在1920年的工作直接導(dǎo)致斷裂力學(xué)的誕生，他研究了裂紋在脆性玻璃中的擴(kuò)展。當(dāng)斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)滲透到疲勞裂紋的表征后極大地加深了人們對疲勞斷裂的理解。然而，盡管有了這樣的發(fā)展，疲勞和斷裂分析仍然不能被設(shè)計(jì)者熟練掌握和實(shí)踐。

這一課題最終還是解決了，在第二次世界大戰(zhàn)期間，發(fā)生了一些嚴(yán)重的事故直接刺激了這個(gè)問題的研究和攻克。既然是戰(zhàn)爭，就需要大規(guī)劃，快速制造船艦。這些船艦是美國制造出來用于作軍艦的。這些艦船的框架是焊接起來的而不是采用傳統(tǒng)的鉚接。

 在大西洋的海水中，這些船在冷水中很快就發(fā)生了開裂事故。事實(shí)上，一些船直接裂成了幾部分，海浪的沖擊導(dǎo)致了疲勞裂紋的萌生，然后這些裂紋在寒冷的環(huán)境中快速擴(kuò)展導(dǎo)致了災(zāi)難性的后果。

當(dāng)溫度降至零下以后，會(huì)顯著降低焊縫和基體金屬的塑性，因此會(huì)使之變脆。因?yàn)榇嘈圆牧系臄嗔涯苓h(yuǎn)少于塑性材料，這會(huì)導(dǎo)致它們內(nèi)部的臨界裂紋尺寸的減小，斷裂發(fā)生在室溫條件下看起來很安全的載荷條件下。

類似彗星噴氣客機(jī)斷裂以及在半空中爆炸。一架客機(jī)在10000米高空中飛行中就像一個(gè)加壓的氣球，機(jī)身的墻壁承受拉應(yīng)力。因?yàn)楹娇诊w行器的設(shè)計(jì)未考慮疲勞問題，循環(huán)空氣動(dòng)力載荷導(dǎo)致裂紋通過機(jī)身萌生和擴(kuò)展，并導(dǎo)致飛機(jī)最終斷裂。

今天，我們的汽車、輪船和飛機(jī)等大型裝備，其構(gòu)件在進(jìn)行生產(chǎn)之前都進(jìn)行了抗疲勞設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)在較大程度上保證了這些設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)壽命范圍內(nèi)的安全。

安全并不是絕對的，隨著人們對機(jī)械設(shè)備更高、更快、更苛刻的功能要求，其疲勞還是無法避免。我們常常形容一個(gè)人有鋼鐵般的意志。這說明在人們心中鋼鐵很強(qiáng)，但如果它“累”了，它也會(huì)碎掉，金屬的疲勞應(yīng)引起人們更大的重視。因?yàn)樗o金屬構(gòu)件帶來的破壞是致命的和災(zāi)難性的。

通過對金屬疲勞的認(rèn)識(shí)，人們也應(yīng)該重視自己，在當(dāng)今社會(huì)，壓力山大，即便是鋼鐵在超過了疲勞極限也會(huì)累，何況人乎？