腐蚀与疲劳的“兄弟情”
腐蚀与疲劳均为材料构件失效的主要形式，在多种情况下，二者相辅相成，相互促进，共同对材料发起攻击，俨然一对团结互助的“好兄弟”。 这对“好兄弟”一起出现时就是腐蚀疲劳，腐蚀疲劳是指材料在交变载荷和腐蚀介质的协同、交互作用下发生的一种破坏形式，广泛存在于航空、船舶以及石油等领域，腐蚀疲劳破坏是工程上面临的严重问题，现已成为工业领域急需解决的课题。但本次世界腐蚀日，我们先不说兄弟俩的事儿，而是聊聊腐蚀的弟弟——金属疲劳那些事儿。
金属为什么会疲劳？
生活经验告诉我们，要想徒手拉断铁丝是非常困难的，但如果反复折几下却很容易折断。这表明，即使反复变化的外力远小于能将金属直接拉断的恒力，也会使它的机械性能逐渐变弱并最终损毁。金属的这种现象和人在长期工作下的疲劳非常像，科学家们便形象地称其为“金属疲劳”。
不少小伙伴都会疑惑：人累了会疲劳，怎么坚硬的金属也会疲劳呢？正所谓“黄金无足色，白璧有微瑕”，我们目前所用的金属并非是完美的，在加工或使用的过程中，金属总会存在一些缺陷，比如内部有杂质或孔洞、表面有划痕。这些缺陷往往只有微米量级，很难通过肉眼观察，如果给金属施加一个不变的拉力，它们并不容易产生裂缝。可如果外力是反复变化的，一会儿是拉力一会儿是压力，一部分能量就会转换成热，积累在金属内部，一旦超过某个限度，金属就很容易在缺陷处发生原子间的化学键断裂，导致结构开裂。
什么是疲劳？
突然性：断裂时并无明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的预兆，而是突然地破坏； 低应力：疲劳破坏在循环应力的最大值，远低于材料的抗拉强度或屈服强度的情况下就可以发生； 重复载荷：疲劳破坏是多次重复载荷作用下产生的破坏，它是较长期的交变应力作用的结果，疲劳破坏往往要经历一定时间，与静载下的一次破坏不同 ...
影响疲劳强度的因素比较多，以下几类因素在航空发动机设计、制造中需要重点予以考虑。应力集中：疲劳源总是出现在应力集中的地方，必须注意构件的细节设计以避免严重的应力集中，比如加大剖面突变处的圆角半径； 表面状态：疲劳裂纹常常从表面开始，所以表面状态对疲劳强度会有显着的影响，表面加工越粗糙，疲劳强度降低、越严重 ...
疲劳的危害
虽然很多人都没听过金属疲劳的事儿，但它却广泛潜伏在人们的日常生活中，常常引发出人意料的严重事故。据估计，约90%的机械事故都和金属疲劳有关。2007年，美国空军的一架F-15战斗机在模拟空战时，战机机头与机身分离，飞行员弹射出舱，这次事故造成美军F-15战机大面积停飞，调查结果显示，事故起因于飞机上的一根金属纵梁发生了疲劳。无独有偶，2002年，一架由我国台湾飞往香港的波音747客机在澎湖附近海域解体坠毁，造成包括机组成员在内共225人不幸罹难。事后调查认为，飞机上一块修补过的蒙皮发生了严重的金属疲劳开裂，造成机尾脱落，最终导致飞机因舱体失压而解体。 除了飞行事故，轮船、列车、桥梁、汽车等也常因金属疲劳招致灾难：二战期间，美国的5000艘货船发生了近1000次金属疲劳事故，200多艘货船彻底歇菜；1998年，德国一列高速行驶的动车因车轮轮箍的疲劳断裂而脱轨，造成100余人死亡。
航空史上最著名的军用飞机疲劳破坏事件，应该是1969年美国空军的F-111空中解体。F-111结构中有个特殊的可变后掠机翼设计，这是因为固定式机翼在特定的飞行速度、高度、大气温度、大气密度、引擎推力下，有最佳的性能表现，一旦其中某个因素改变，性能就会降低。而可变后掠机翼则完全无此缺点，它就像是设计各种不同的机翼...
2007年11月2日上午，一架隶属于美国密苏里州空中国民兵（Air National Guard）的F-15C，在执行训练任务时突然空中解体，就是上述顾虑的最佳例证。失事当时，这架编号80-0034的F-15C正执行基本战斗机机动（Basic Fighter Maneuvers）演练，与僚机进行一对一的空中攻击及防御动作训练。在进行第二次的接战练习时，失事...
结语
中国工程院赵振业院士呼吁，加速抗疲劳制造研究发展，建立抗疲劳制造、极限寿命设计、极限性能材料新三位一体技术体系是机械制造升级转型的当务之急，是提升国民经济发展的根本道路，是实现机械制造强国的根本道路。强硬如金属尚且如此，虽然算不上什么新知，但也从某一种角度提醒着我们：革命尚未成功，我辈仍须强韧性、减疲劳，来日方长。
