這個單元要來探討的主題是：甚麼是「疲勞破壞」(Fatigue failure)？
「疲勞破壞」是實務上常聽到的名詞，就以4W的思維來思考，包括：
1.
What is? 甚麼是「疲勞破壞」？
2.
Why? 為什麼會發生「疲勞破壞」？
3.
What effect? 發生了「疲勞破壞」會有甚麼影響？
4.
HOW to prevent? 如何避免「疲勞破壞」？
接著，就逐項來看，第一、甚麼是「疲勞破壞」？參閱圖示左下方，考慮一個懸臂樑受到簡諧點力(harmonic force)作用的振動分析。前幾個單元都有提到，以【F → GMBI → R】心法，可參考圖示中間上方的「F → GMBI → R方塊圖」，對實際結構進行問題定義(Problem Definition)、以及建構分析的數學模型(Mathematical Model)。包括：F=Force外力負荷、G=Geometry幾何、M=Material材料、B=Boundary邊界條件、I=Interface接觸介面、以及R=Response結構響應。
因為，F=Force外力負荷是個簡諧點力，可以畫出如圖示正下方的外力時間波形，可寫出：𝒇(𝒕)=𝑭𝐬𝐢𝐧(𝟐𝝅𝒇𝒕)，其中，𝑭=簡諧外力振幅，𝒇=激振頻率。當一個懸臂樑受到這種波動的簡諧點力作用，結構的應力預期也會是有簡諧響應(harmonic response)。參閱圖示右下方，樑結構會上下來回振盪，結構應力也形成來回波動的狀態。
第二、為什麼會發生「疲勞破壞」？觀察圖示右上方兩個圖示，一個是向下的力，是”−“力，而在樑結構固定端上部，是”+”應力。另一個是向上的力，是”+“力，而在樑結構固定端上部，是”−”應力。在結構同一個位置上，持續地受到拉伸應力、壓縮應力的反覆作用，會使得結構的應力，在遠低於材料的降伏強度(yielding strength)或抗拉強度(ultimate strength)時，就會破壞，這就是「疲勞破壞」原因與特徵。
其次，「疲勞破壞」是如何發生的呢？有怎麼樣的歷程呢？結構受往復的波動應力，常會使得結構表面產生裂縫(crack)，此裂縫會持續成長(crack growth)，最後使得結構斷裂(breakdown)，這是典型「疲勞破壞」的發生歷程。
第三、發生了「疲勞破壞」會有甚麼影響？因為，「疲勞破壞」時的結構應力，常是遠低於材料的降伏強度(yielding strength)，所以，容易被忽視。又，許多人有經驗，在沒有老虎鉗可以剪斷鐵線時，要彎斷鐵線，可以來回的彎曲，就是在造成鐵線的「疲勞破壞」，使得能夠以手折斷鐵線。「疲勞破壞」時，更嚴重的影響是，一旦有疲勞現象的crack破壞發展歷程，除了造成結構斷裂破損，或甚至引發造成二次損害(secondary damage)。
「疲勞破壞」在工程實務上，是不好的現象，所以，第四、要了解如何避免「疲勞破壞」？就需要進行疲勞設計分析(fatigue design analysis)，再另闢單元討論。在此，先介紹兩個名詞：
1. 𝝈𝒂，應力振幅(stress amplitude)：參閱圖示右下方，𝝈𝒂就是正弦波的振幅值。
2. 𝝈𝒎，平均應力(mean stress)：參閱圖示右下方，𝝈𝒎在正弦波的平均值為零，但是有些情況，𝝈𝒎不會等於零。
這個單元，討論的是「疲勞破壞」的議題，以4W的思維來思考，包括：
1.
What is? 甚麼是「疲勞破壞」？
2.
Why? 為什麼會發生「疲勞破壞」？
3.
What effect? 發生了「疲勞破壞」會有甚麼影響？
4.
HOW to prevent? 如何避免「疲勞破壞」？
以上個人看法，請多指教！
王栢村
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