非金属材料的疲劳试验是评估其在循环载荷下抵抗失效能力的关键技术，广泛应用于塑料、橡胶、复合材料、陶瓷等领域。由于非金属材料的力学性能（如粘弹性、各向异性、环境敏感性）与金属差异显著，其疲劳试验标准和方法需针对材料特性设计。以下从主要材料类型出发，系统梳理相关标准、试验方法及关键要点：
一、非金属材料疲劳试验的核心共性问题
无论何种非金属材料，疲劳试验均需关注以下核心要素：
1.
加载模式：拉-拉、压-压、弯-弯、拉-弯、扭转等（最常用拉-拉或弯-弯）；
2.
循环参数：应力水平（最大/最小应力σₘₐₓ/σₘᵢₙ）、应力比（R=σₘᵢₙ/σₘₐₓ）、频率（通常0.1~200Hz，高周疲劳常用高频，低周可能涉及位移控制）；
3.
环境条件：温度（常温/高温/低温）、湿度、介质（如油、水、化学溶液）；
4.
失效判据：断裂、裂纹扩展至临界尺寸、刚度下降至阈值（如模量衰减20%）；
5.
数据表征：绘制S-N曲线（应力-寿命曲线）、确定疲劳极限（若存在）、统计寿命分布（如Weibull分布）。
二、主要非金属材料的疲劳试验标准与方法
1. 塑料（高分子材料）
塑料的疲劳性能受分子结构、结晶度、添加剂（如填料、增塑剂）及环境影响显著，通常表现为粘弹性疲劳（滞后损耗导致内热积累），易发生蠕变-疲劳交互失效。
主要标准
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中国标准（GB）
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GB/T 15587-2007《塑料 齿轮 疲劳试验方法》：针对塑料齿轮，采用弯曲疲劳加载（悬臂梁式），评价齿根裂纹起始寿命。
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GB/T 36815-2018《塑料 热塑性塑料 疲劳裂纹扩展速率试验方法》：基于线性弹性断裂力学（LEFM），测定da/dN-ΔK曲线（裂纹扩展速率与应力强度因子幅的关系）。
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GB/T 1040.2-2006《塑料 拉伸性能的测定 第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》：虽非专门疲劳标准，但常作为疲劳试样（如哑铃型）制备的参考。
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国际标准（ISO）
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ISO 11431:2003《塑料 疲劳试验 拉-弯疲劳性能的测定》：规定拉-弯循环加载（频率5~10Hz），适用于热塑性及热固性塑料。
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ISO 13003:2003《塑料 疲劳试验 弯曲疲劳性能的测定》：针对层合板或板材的弯曲疲劳，支持应力控制或应变控制模式。
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美国标准（ASTM）
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ASTM D7791-17《塑料 疲劳试验 拉-拉疲劳性能的测定（应力控制）》：采用伺服液压疲劳机，支持高周（>10⁴次）和低周（10²~10⁴次）疲劳，可测S-N曲线。
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ASTM D4482-14《橡胶和塑料软管及软管组合件 拉伸循环试验》：虽以软管为对象，但方法可用于类似柔性塑料的循环拉伸疲劳。
2. 橡胶与弹性体
橡胶的疲劳本质是动态滞后损耗（内摩擦生热）与裂纹增长的竞争，易发生热老化或机械损伤导致的失效（如脱层、爆破）。
主要标准
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中国标准（GB）
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GB/T 1682-2014《硫化橡胶 低温脆性的测定 单试样法》：虽非直接疲劳标准，但低温环境下的疲劳需结合此标准预处理。
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GB/T 12829-2013《硫化橡胶 小试样 拉伸应力松弛的测定》：应力松弛与疲劳相关，可用于评估长期循环载荷下的模量衰减。
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GB/T 33605-2017《橡胶和塑料软管 静液压试验方法》：虽为静压，但高压循环下的疲劳可参考其试样设计与压力控制逻辑。
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国际标准（ISO）
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ISO 4664:2017《硫化橡胶或热塑性橡胶 疲劳裂纹扩展的测定》：基于割口试样（如环形或哑铃型），通过裂纹长度随循环次数的变化（N-Δa）评估疲劳性能。
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ISO 132:2003《硫化橡胶 或热塑性橡胶 动态性能的测定》：涵盖压缩生热（影响疲劳寿命的关键参数）、疲劳寿命（如压缩-压缩循环）。
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美国标准（ASTM）
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ASTM D4300-13《橡胶 评估疲劳裂纹增长的方法》：规定割口试样的弯曲或拉伸疲劳，支持恒幅或变幅加载，用于预测实际工况下的裂纹扩展行为。
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ASTM D5992-96(2017)《橡胶 组件 疲劳试验的指南》：提供软管、密封件等实际部件的疲劳试验设计原则（如加载方式、环境箱控制）。
3. 复合材料（纤维增强聚合物基为主）
复合材料的疲劳性能受纤维方向、界面结合、孔隙率及分层缺陷影响极大，通常表现为非线性、多向耦合失效（纤维断裂、界面脱粘、基体开裂）。
主要标准
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中国标准（GB）
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GB/T 30767-2014《塑料 基复合材料 拉-弯疲劳性能的测定》：针对纤维增强塑料（FRP），采用三点或四点弯曲加载，测定S-N曲线。
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GB/T 38575-2020《纤维增强复合材料层合板 冲击后压缩疲劳试验方法》：评估冲击损伤（如低速冲击）后的剩余疲劳寿命，适用于风电叶片、航空结构。
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GB/T 1450.2-2005《纤维增强塑料 冲击韧性试验方法 第2部分：落锤冲击法》：虽为冲击，但冲击后的疲劳是工程关键场景，常作为预试验。
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国际标准（ISO）
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ISO 14130:1997《纤维增强塑料 层合板 疲劳试验 拉-拉疲劳性能的测定》：规定恒幅拉-拉循环（频率5~20Hz），支持应力比R=0.1（模拟多数工程工况）。
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ISO 12107:2002《纤维增强塑料 疲劳试验 指南》：提供复合材料疲劳试验的通用框架（试样设计、加载模式、环境控制），强调小试样（如[0°]₁₂层合板）与实际结构的关联性。
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美国标准（ASTM）
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ASTM D3479/D3479M-14(2020)《纤维增强聚合物基复合材料 拉-拉疲劳性能的标准试验方法》：采用恒幅加载，测定S-N曲线，支持应变控制（适用于高模量纤维）。
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ASTM D7905/D7905M-14(2020)《纤维增强聚合物基复合材料 层间剪切疲劳试验方法》：通过短梁弯曲循环加载，评估层间剪切疲劳性能（界面失效主导）。
4. 陶瓷与玻璃
陶瓷的疲劳多为静态疲劳（应力腐蚀开裂，SCC）或循环疲劳（裂纹缓慢扩展），因脆性高，断裂前无明显塑性变形，寿命离散性大。
主要标准
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中国标准（GB）
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GB/T 16825-2018《静力单轴试验机的检验 第2部分：拉力蠕变试验、蠕变持久试验和循环疲劳试验的检验》：规定陶瓷等脆性材料的循环疲劳试验机校准要求（如力值精度、位移控制）。
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GB/T 3075-2008《金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法》：虽为金属标准，但陶瓷循环疲劳（尤其轴向）可参考其加载模式（需降低频率以避免惯性效应）。
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国际标准（ISO）
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ISO 12106:2003《金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法》：陶瓷的循环疲劳试验可借鉴其方法，但需注意陶瓷无加工硬化，应力幅需低于静态强度的50%（避免瞬时断裂）。
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ISO 14703:2000《精细陶瓷 疲劳性能的试验方法》：针对结构陶瓷（如氧化铝、碳化硅），规定拉-压循环（R=-1）或弯-弯循环，支持环境箱控制（如干燥空气、水蒸气）。
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美国标准（ASTM）
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ASTM C1211-18《精细陶瓷 疲劳性能的试验方法 拉-压循环》：采用伺服控制疲劳机，测定S-N曲线，试样为圆柱或圆管（直径2~10mm），频率≤10Hz（避免惯性影响）。
三、非金属材料疲劳试验的关键设备
1.
疲劳试验机：优先选择伺服液压式（高精度、宽频率范围）或电磁振动式（高频，≤1000Hz）；
2.
环境箱：用于控制温度（-196℃~600℃）、湿度（0~100%RH）或腐蚀介质（如盐雾、油浴）；
3.
监测系统：引伸计（测量应变）、声发射（AE，裂纹起始监测）、红外热像仪（检测内热积累）；
4.
数据采集与分析软件：支持实时记录载荷-位移-时间信号，拟合S-N曲线或da/dN-ΔK曲线。
四、注意事项
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试样代表性：需模拟实际部件的结构（如纤维方向、层厚）与环境（如温度梯度）；
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预处理：塑料/橡胶需进行状态调节（如23℃×50%RH×48h），陶瓷需干燥除湿；
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失效判据：避免仅以断裂为判据（如橡胶可能在裂纹扩展前因刚度下降失效）；
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统计方法：非金属材料疲劳寿命离散性大，需至少5个试样，采用Weibull分布拟合特征寿命。
总结
非金属材料疲劳试验需根据材料类型（塑料、橡胶、复合材料、陶瓷）选择专用标准，重点关注加载模式、环境条件及失效判据的特殊性。实际应用中，建议结合具体工况（如汽车部件的振动疲劳、航空结构的低周疲劳）调整试验参数，并参考国际标准（如ISO、ASTM）以确保结果的可比性。