2020年7月17日15时41分，河北某风电场11号风机发生一起倒塔事故。据悉，当日风电场小雨，15时42分，10号风机塔下检修作业随车司机听到声响，发现11号风机倒塌。

事故调查组调取了事故机组前7天振动、转速等运行数据，又排查了前30天内紧急变桨测试情况，测试结果一切正常。随后金属专家现场对128颗断裂螺栓检查，最终发现其中有12颗螺栓存在疲劳失效情况，存在先断裂、承载力转移情况，初步认定本次事故直接原因是11号风机第一节与第二节塔筒连接螺栓断裂导致。

疲劳失效是现代工业经常遇到的问题之一，比如我们之前文章中提到的美国肯帕体育馆事件也是由螺栓疲劳失效引起。美国肯帕体育馆建于1974年，承重结构为三个立体钢框架，屋盖钢所架悬挂在立体框架梁上，每个悬挂节点用4个A490高强螺栓连接。1979年6月4日晚，高强螺栓断裂，体育馆屋盖中心部分突然塌落。事后调查发现，诱发一切的原因，竟只是因为螺栓的疲劳破坏。

小小螺栓的疲劳破坏，却毁掉一整个房屋，这样的例子还很多。在第二次世界大战中，发生了多起飞机疲劳失事事故，人们从一系列的灾难性事放中，逐渐认识到疲劳破坏的严重性。

金属也会疲劳?

谈到金属疲劳，大家一定觉得很奇怪，难道金属也会疲劳吗?是的，金属跟人一样，超过了一定限度，就会疲劳。但金属疲劳同人的疲劳有着本质的区别：人疲劳后，经过一定的休息就可以恢复，而金属疲劳则永远不能恢复，因而造成许多恶性破坏事故，如轮船沉没、飞机坠毁、 桥梁倒塌等。

金属“疲劳”一词，最早是由法国学者彭赛提出来的。但对金属疲劳进行研究的，则是德国科学家沃勒，他在19世纪50年代，就发现了表现金属疲劳特性的曲线，并提出了疲劳极限的概念。

金属疲劳的破坏作用

为什么金属疲劳时会产生破坏作用呢?这是因为金属内部结构并不均匀，从而造成应力传递的不平衡，有的地方会成为应力集中区。

与此同时，金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。当部件受到同一种方向或大小经常重复变化的外力，其内部的微小裂纹就会时而张开，时而相压，时而互相研磨，使裂纹扩大和发展。当裂纹扩大到一定程度，金属材料被削弱到不再能承担外力时，只要有一点偶然的冲击，零部件就会发生断裂。所以，金属疲劳造成的破坏，往往都是突如其来，没有明显的迹象让人察觉。

金属疲劳的预防

100多年来，人们从未停止对金属疲劳的研究，其中最让人关注的，是如何对现代化工业设备采取预防和保护措施，防患于未然。比如，选择具有较高抗疲劳性能的材料，防止应力集中，合理布局结构，提高构件表面加工质量和采用一些新技术和新工艺等。

单就防止应力集中而言，需关注材料的最大应力、工作环境、应力状态。零件的疲劳破坏一般是从最大应力处开始，而应力集中通常是产生疲劳裂纹之源。在零构件成型服役前，甚至在毛坯状态、制造过程中就发现应力集中现象，并采取措施均化应力，才是杜绝疲劳破坏的根本。

对此，国外早已引起重视，并针对应力的检测，不断进行技术更新迭代，逐渐发现X射线衍射法是一种不错的无损性的测试方法。

20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。后来日本成功设计出的X射线应力测定仪，对于残余应力测试技术的发展做出来巨大贡献。随着技术的更新迭代，欧美国家围绕X射线衍射法，颁布了一系列检测标准，并逐渐引入国内，残余应力X射线检测技术随之逐渐成熟，并在国内得到良好的运用。

除了必要的检测手段，应力的均化和消除也十分重要。实践证明，在工件毛坯阶段及制造阶段，采用振动时效进行应力均化，可有效替代热时效及自然时效，并具有经济成本低、无污染无噪音等优点。而振动时效根据工件的大小不同，选择也有区别。

抑制金属疲劳的方法

除上述以外，以下这些措施也常用于提高金属结构的疲劳强度，减少航空发动机等机械构件发生疲劳失效的情况：

1、结构优化设计：结构设计中尽量避免产生应力集中，对过渡圆角、螺栓孔等容易产生应力集中的部位进行优化，疲劳往往出现在这些应力集中部位。

2、严格控制温度：疲劳强度一般随着温度的升高急剧下降，不能为了性能达标而一味地提高温度。

3、采用强化措施：采用各种表面强化处理、孔挤压强化等。

4、提高零件加工质量：裂纹往往出现在材料缺陷或者加工缺陷位置，必须加强零部件加工制造工艺，严格控制关键位置的加工精度和加工质量，减少疲劳源，防止超差等质量问题引起的疲劳失效。