1.
試驗原理: 對一根經過精密加工的標準化試樣,沿其縱軸方向施加一個周期性變化的力(F)。這個力可以是正弦波、三角波或其他波形,從而在試樣的最小橫截面上產生交變應力(σ = F / A)。試驗持續進行,直到試樣發生破壞或達到預定的循環次數(如10^7周次)而不破壞為止。 2.
力控制的特點: ?
“力”為直接控制量:試驗機嚴格控制和監測施加在試樣上的力(F),保持其幅值恒定。 ?
應力與力成正比:由于試樣的橫截面積(A)是固定的,因此應力(σ)與力(F)成正比。通過控制力就間接控制了應力。 ?
適用于高周疲勞:該方法主要用于高周疲勞區域,即失效循環次數較高(通常Nf > 10^4 ~ 10^5),應力水平較低,材料主要處于彈性變形階段。 3.
試驗參數: ?
對稱循環:R = -1(如最大拉應力與最大壓應力相等) ?
脈動循環:R = 0(如從零到最大拉應力) ?
應力比(R):一個循環中最小應力與最大應力的比值(R = σ_min / σ_max)。常見情況有: ?
頻率(f):單位時間內載荷循環的次數。頻率的選擇應避免產生過多的熱量影響試樣溫度,或引起共振。 ?
波形:通常使用正弦波。
1.
試驗設備: ?
高頻疲勞試驗機或電液伺服疲勞試驗機:必須能夠精確地產生和控制軸向力,并具有高精度的力傳感器進行閉環控制。 ?
對中裝置:至關重要。必須確保施加的力與試樣軸線高度一致,防止產生附加的彎曲應力,保證試驗結果的準確性。 2.
試樣要求: ?
標準規定了多種試樣形狀,如圓形橫截面試樣和矩形橫截面板狀試樣。 ?
試樣的加工質量要求極高,特別是夾持端和平行段(工作部分)的同心度、表面光潔度(避免刀痕和劃傷成為疲勞源),其尺寸需精確測量。
1.
試驗流程: ?
試樣準備與測量:精確加工試樣并測量其最小橫截面尺寸。 ?
安裝與對中:將試樣小心安裝到試驗機夾頭中,并使用對中裝置確保最佳對中狀態。 ?
設置參數:設置力幅、應力比(R)、頻率和終止條件。 ?
進行試驗:啟動試驗機,持續運行直至試樣斷裂或達到循環基數。 ?
記錄數據:記錄每個試樣的應力水平(S)和最終失效的循環次數(Nf)或未失效的循環次數。 2.
結果處理與S-N曲線: ?
將不同應力水平下得到的一組(S, N)數據點繪制在雙對數或半對數坐標紙上。 ?
通過統計方法(如最小二乘法)擬合出S-N曲線(應力-壽命曲線)。 ?
對于有疲勞極限的材料(如鋼鐵),可確定其條件疲勞極限,即經受特定大循環次數(如10^7次)而不發生破壞的最大應力幅值。
?
航空航天:為發動機葉片、起落架、機身結構等關鍵部件的選材和壽命預測提供數據。 ?
汽車工業:用于測試曲軸、連桿、懸掛系統等部件的疲勞性能。 ?
軌道交通:評估車輪、車軸、軌道材料的可靠性。 ?
能源裝備:為風電轉子、核電部件、壓力容器的安全設計提供依據。 ?
材料科學研究:評價新開發合金的疲勞特性,研究熱處理、表面處理等工藝對疲勞性能的影響。
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