高频疲劳试验机在材料开发中的应用.pdf

2015年第1期
南钢科技与管理
开发应用感
高频疲劳试验机在材料开发中的应用
包雪鹏
研究院)
摘要:介绍了高频疲劳试验机的原理、特点和用途,以及疲劳性能基础数据中最重要的疲劳极腿和S-N曲
线的测定和数据处理方法;结合热軋钢板开发、混凝土用钢筋的认证试验,阐述采用高频疲劳试验机进行疲劳
试验测定疲劳极限和S-N曲线的具体方法。
关键词:高频疲劳试验机劳极限S-N曲线热轧钢板混凝土用钢筋
Application of High-frequency Fatigue Testing Machine in Developing New Material
Bao Xuepeng
(Research Institute
Abstract: The paper introduces the determination of fatigue limit, S-N curve and data processing method, which is the
most important in the basic data of fatigue properties based on the principle, characteristics and application of high-fe
quency fatigue testing machine. Combined with the development of hot rolled steel sheet and the certification test of steel
bars in reinforcement concrete, some methods of fatigue testing, fatigue limit and S-N curve using high-frequency fati
testing machine are explained
Key words: high-frequency fatigue testing machine; fatigue limit; S-N curve; hot rolled steel sheet; steel bar in rein
forcement concrete
前言
测定;在规定应力比R下材料的拉压疲劳极限o可
疲劳破坏是机械产品的主要失效形式,对于承按GB/T3075《金属材料疲劳试验轴向力控制方
受循环载荷的机械或零部件的设计,除了要进行传法》规定的方法通过高频疲劳试验机或电液伺服疲
统的静强度计算,还要进行痃劳强度的校核,因此,劳试验系统测定。高频疲劳试验机由于其自身的特
材料的疲劳性能数据是机械设计的基础数据。钢铁点在疲劳极限σ和S-N曲线的测定和分析中获得
企业在材料的生产尤其是新材料的开发过程中,应了越来越广厂泛的应用。本文以高频疲劳试验机为对
该重视材料疲劳性能基础数据的积累,以便下游用象,结合疲劳试验灾例,介绍材料开发中测定疲劳性
户选材和使用。
能基础数据的方法。
材料疲劳性能数据中最基础的数据之一就是材
料的疲劳极限(如o-、ol)和S-N曲线,获得这些
高频疲劳试验机的原理、特点和用途
基础数据的手段是疲劳试验机。材料的对称弯曲疲
劳极限σ,可按CB/T4337金属材料疲劳试验旋1.1原理和特点
转弯曲方法》规定的方法通过旋转弯曲疲劳试验机
高频疲劳试验机是一种通用的电磁激励共振型
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疲劳试验机,基于系统共振原理工作。它主要由框疲劳寿命,一般以N表示。试样的疲劳寿命取决于
架、电磁激振器、主振弹簧、测力传感器、试样及主振材料的力学性能和所施加的应力水平。一般而言,
系统的配置质量等构成机械振动系统。振动由电磁材料的强度极限越高,外加的应力水平越低,试样的
激振器来激励和保持,当激振器产生的激振力的频疲劳寿命就越长;反之,疲劳寿命就越短。表示外加
率和相位与振动系统的固有频率基本一致时,系统应力水平和标准试样疲劳寿命之间关系的曲线称为
发生共振,这时配置质量在共振状态下所产生的惯材料S-N曲线(W6hler曲线)。这种曲线通常都是
性力往复作用在试样上,来完成对试样的疲劳试表示中值疲劳寿命与外加应力间的关系,所以也称
验
为中值S-N曲线。
目前的高频疲劳试验机均由计算机直接控制,
S-N曲线上,以试验力或试验应力为纵坐标
数据波动度小,精度高;试验波形(正弦波)好,其波(采用线性坐标或对数坐标),以疲劳寿命为横坐标
形失真度在动态试验机中最小;由于应用了电磁谐(采用对数坐标)。单对数坐标的S-N曲线,左段
振原理,电控系统采用先进的脉冲调制宽度型控制一般不为直线,但常常可简化为直线;右段对于结构
方式及新型功率放大器,系统稳定性好,工作效率钢而言,是明显的水平区段,与水平段相对应的应
高,耗能低
力,即是材料的疲劳极限。
1.2用途
在中长寿命区(N>10),S-N曲线可以使用
高频疲劳试验机主要用于测量金属材料(采用三参数幂函数公式来统一表达
标准试样)及零部件在拉、压或拉一压交变负荷下的
N(-A)"=D
疲劳性能,广泛用来测试各种金属材料(包括焊接接式中:A-一无限寿命时的疲劳极限;
头)抵抗疲劳断裂的性能,如疲劳极限、S-N曲线和
斜率参数;
断裂韧度,测试金属材料裂纹扩展速率及其门坎值
D一常数。
等等。
结构钢S-N曲线的转折点一般均在10以上
高频疲劳试验机配以相应的灾具,可测试各种因此,一般这样认为,结构钢试样只要经过107次循
零部件(如板材、齿轮、螺栓、链条、发动机连杆等)的环不破坏,即可承受无限多次循环而不破坏。
疲劳性能;配以高低温试验箱,可进行高低温疲劳试
利用高频疲劳试验机进行材料的疲劳基础数据
验;可完成对称疲劳试验、不对称疲劳试验、三点弯积累,测定在规定应力比R下材料的拉压疲劳极限
曲、四点弯曲、扭转等多种疲劳试验。
U和S-N曲线等。试样制备、试验设备的要求可
依据CB/T3075《金属材料疲劳试验轴向力控制
2高频疲劳试验方法
方法》标准;对于结构钢,循环基数一般定为107次
2.1疲劳试验基础2
相关数据的处理可依据CB/T24176标准。
按CB/T10623-2008金属材料力学性能试验2.2疲劳极限试验方法
术语》,疲劳极限是应力振幅的极限值,在这个值以
疲劳极限试验的试验方法有单点试验法和升降
下,被测试样能承受无限次的应力周期变化;疲劳强法。单点法精确度较差,要得到较精确的疲劳极限,
度是在指定寿命下使试样失效的应力水平。
必须使用升降法。升降法有小子样升降法和大子样
疲劳失效以前所经历的应力或应变循环数称为升降法2种。国外提出的大子样升降法需要使用较