1.
试验原理: 对一根经过精密加工的标准化试样,沿其纵轴方向施加一个周期性变化的力(F)。这个力可以是正弦波、三角波或其他波形,从而在试样的最小横截面上产生交变应力(σ = F / A)。试验持续进行,直到试样发生破坏或达到预定的循环次数(如10^7周次)而不破坏为止。 2.
力控制的特点: •
“力”为直接控制量:试验机严格控制和监测施加在试样上的力(F),保持其幅值恒定。 •
应力与力成正比:由于试样的横截面积(A)是固定的,因此应力(σ)与力(F)成正比。通过控制力就间接控制了应力。 •
适用于高周疲劳:该方法主要用于高周疲劳区域,即失效循环次数较高(通常Nf > 10^4 ~ 10^5),应力水平较低,材料主要处于弹性变形阶段。 3.
试验参数: •
对称循环:R = -1(如最大拉应力与最大压应力相等) •
脉动循环:R = 0(如从零到最大拉应力) •
应力比(R):一个循环中最小应力与最大应力的比值(R = σ_min / σ_max)。常见情况有: •
频率(f):单位时间内载荷循环的次数。频率的选择应避免产生过多的热量影响试样温度,或引起共振。 •
波形:通常使用正弦波。
1.
试验设备: •
高频疲劳试验机或电液伺服疲劳试验机:必须能够精确地产生和控制轴向力,并具有高精度的力传感器进行闭环控制。 •
对中装置:至关重要。必须确保施加的力与试样轴线高度一致,防止产生附加的弯曲应力,保证试验结果的准确性。 2.
试样要求: •
标准规定了多种试样形状,如圆形横截面试样和矩形横截面板状试样。 •
试样的加工质量要求极高,特别是夹持端和平行段(工作部分)的同心度、表面光洁度(避免刀痕和划伤成为疲劳源),其尺寸需精确测量。
1.
试验流程: •
试样准备与测量:精确加工试样并测量其最小横截面尺寸。 •
安装与对中:将试样小心安装到试验机夹头中,并使用对中装置确保最佳对中状态。 •
设置参数:设置力幅、应力比(R)、频率和终止条件。 •
进行试验:启动试验机,持续运行直至试样断裂或达到循环基数。 •
记录数据:记录每个试样的应力水平(S)和最终失效的循环次数(Nf)或未失效的循环次数。 2.
结果处理与S-N曲线: •
将不同应力水平下得到的一组(S, N)数据点绘制在双对数或半对数坐标纸上。 •
通过统计方法(如最小二乘法)拟合出S-N曲线(应力-寿命曲线)。 •
对于有疲劳极限的材料(如钢铁),可确定其条件疲劳极限,即经受特定大循环次数(如10^7次)而不发生破坏的最大应力幅值。
•
航空航天:为发动机叶片、起落架、机身结构等关键部件的选材和寿命预测提供数据。 •
汽车工业:用于测试曲轴、连杆、悬挂系统等部件的疲劳性能。 •
轨道交通:评估车轮、车轴、轨道材料的可靠性。 •
能源装备:为风电转子、核电部件、压力容器的安全设计提供依据。 •
材料科学研究:评价新开发合金的疲劳特性,研究热处理、表面处理等工艺对疲劳性能的影响。
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