非金屬材料的疲勞試驗是評估其在循環載荷下抵抗失效能力的關鍵技術，廣泛應用于塑料、橡膠、復合材料、陶瓷等領域。由于非金屬材料的力學性能（如粘彈性、各向異性、環境敏感性）與金屬差異顯著，其疲勞試驗標準和方法需針對材料特性設計。以下從主要材料類型出發，系統梳理相關標準、試驗方法及關鍵要點：
一、非金屬材料疲勞試驗的核心共性問題
無論何種非金屬材料，疲勞試驗均需關注以下核心要素：
1.
加載模式：拉-拉、壓-壓、彎-彎、拉-彎、扭轉等（最常用拉-拉或彎-彎）；
2.
循環參數：應力水平（最大/最小應力σ???/σ???）、應力比（R=σ???/σ???）、頻率（通常0.1~200Hz，高周疲勞常用高頻，低周可能涉及位移控制）；
3.
環境條件：溫度（常溫/高溫/低溫）、濕度、介質（如油、水、化學溶液）；
4.
失效判據：斷裂、裂紋擴展至臨界尺寸、剛度下降至閾值（如模量衰減20%）；
5.
數據表征：繪制S-N曲線（應力-壽命曲線）、確定疲勞極限（若存在）、統計壽命分布（如Weibull分布）。
二、主要非金屬材料的疲勞試驗標準與方法
1. 塑料（高分子材料）
塑料的疲勞性能受分子結構、結晶度、添加劑（如填料、增塑劑）及環境影響顯著，通常表現為粘彈性疲勞（滯后損耗導致內熱積累），易發生蠕變-疲勞交互失效。
主要標準
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中國標準（GB）
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GB/T 15587-2007《塑料 齒輪 疲勞試驗方法》：針對塑料齒輪，采用彎曲疲勞加載（懸臂梁式），評價齒根裂紋起始壽命。
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GB/T 36815-2018《塑料 熱塑性塑料 疲勞裂紋擴展速率試驗方法》：基于線性彈性斷裂力學（LEFM），測定da/dN-ΔK曲線（裂紋擴展速率與應力強度因子幅的關系）。
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GB/T 1040.2-2006《塑料 拉伸性能的測定 第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗條件》：雖非專門疲勞標準，但常作為疲勞試樣（如啞鈴型）制備的參考。
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國際標準（ISO）
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ISO 11431:2003《塑料 疲勞試驗 拉-彎疲勞性能的測定》：規定拉-彎循環加載（頻率5~10Hz），適用于熱塑性及熱固性塑料。
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ISO 13003:2003《塑料 疲勞試驗 彎曲疲勞性能的測定》：針對層合板或板材的彎曲疲勞，支持應力控制或應變控制模式。
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美國標準（ASTM）
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ASTM D7791-17《塑料 疲勞試驗 拉-拉疲勞性能的測定（應力控制）》：采用伺服液壓疲勞機，支持高周（>10?次）和低周（102~10?次）疲勞，可測S-N曲線。
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ASTM D4482-14《橡膠和塑料軟管及軟管組合件 拉伸循環試驗》：雖以軟管為對象，但方法可用于類似柔性塑料的循環拉伸疲勞。
2. 橡膠與彈性體
橡膠的疲勞本質是動態滯后損耗（內摩擦生熱）與裂紋增長的競爭，易發生熱老化或機械損傷導致的失效（如脫層、爆破）。
主要標準
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中國標準（GB）
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GB/T 1682-2014《硫化橡膠 低溫脆性的測定 單試樣法》：雖非直接疲勞標準，但低溫環境下的疲勞需結合此標準預處理。
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GB/T 12829-2013《硫化橡膠 小試樣 拉伸應力松弛的測定》：應力松弛與疲勞相關，可用于評估長期循環載荷下的模量衰減。
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GB/T 33605-2017《橡膠和塑料軟管 靜液壓試驗方法》：雖為靜壓，但高壓循環下的疲勞可參考其試樣設計與壓力控制邏輯。
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國際標準（ISO）
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ISO 4664:2017《硫化橡膠或熱塑性橡膠 疲勞裂紋擴展的測定》：基于割口試樣（如環形或啞鈴型），通過裂紋長度隨循環次數的變化（N-Δa）評估疲勞性能。
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ISO 132:2003《硫化橡膠 或熱塑性橡膠 動態性能的測定》：涵蓋壓縮生熱（影響疲勞壽命的關鍵參數）、疲勞壽命（如壓縮-壓縮循環）。
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美國標準（ASTM）
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ASTM D4300-13《橡膠 評估疲勞裂紋增長的方法》：規定割口試樣的彎曲或拉伸疲勞，支持恒幅或變幅加載，用于預測實際工況下的裂紋擴展行為。
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ASTM D5992-96(2017)《橡膠 組件 疲勞試驗的指南》：提供軟管、密封件等實際部件的疲勞試驗設計原則（如加載方式、環境箱控制）。
3. 復合材料（纖維增強聚合物基為主）
復合材料的疲勞性能受纖維方向、界面結合、孔隙率及分層缺陷影響極大，通常表現為非線性、多向耦合失效（纖維斷裂、界面脫粘、基體開裂）。
主要標準
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中國標準（GB）
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GB/T 30767-2014《塑料 基復合材料 拉-彎疲勞性能的測定》：針對纖維增強塑料（FRP），采用三點或四點彎曲加載，測定S-N曲線。
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GB/T 38575-2020《纖維增強復合材料層合板 沖擊后壓縮疲勞試驗方法》：評估沖擊損傷（如低速沖擊）后的剩余疲勞壽命，適用于風電葉片、航空結構。
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GB/T 1450.2-2005《纖維增強塑料 沖擊韌性試驗方法 第2部分：落錘沖擊法》：雖為沖擊，但沖擊后的疲勞是工程關鍵場景，常作為預試驗。
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國際標準（ISO）
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ISO 14130:1997《纖維增強塑料 層合板 疲勞試驗 拉-拉疲勞性能的測定》：規定恒幅拉-拉循環（頻率5~20Hz），支持應力比R=0.1（模擬多數工程工況）。
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ISO 12107:2002《纖維增強塑料 疲勞試驗 指南》：提供復合材料疲勞試驗的通用框架（試樣設計、加載模式、環境控制），強調小試樣（如[0°]??層合板）與實際結構的關聯性。
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美國標準（ASTM）
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ASTM D3479/D3479M-14(2020)《纖維增強聚合物基復合材料 拉-拉疲勞性能的標準試驗方法》：采用恒幅加載，測定S-N曲線，支持應變控制（適用于高模量纖維）。
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ASTM D7905/D7905M-14(2020)《纖維增強聚合物基復合材料 層間剪切疲勞試驗方法》：通過短梁彎曲循環加載，評估層間剪切疲勞性能（界面失效主導）。
4. 陶瓷與玻璃
陶瓷的疲勞多為靜態疲勞（應力腐蝕開裂，SCC）或循環疲勞（裂紋緩慢擴展），因脆性高，斷裂前無明顯塑性變形，壽命離散性大。
主要標準
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中國標準（GB）
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GB/T 16825-2018《靜力單軸試驗機的檢驗 第2部分：拉力蠕變試驗、蠕變持久試驗和循環疲勞試驗的檢驗》：規定陶瓷等脆性材料的循環疲勞試驗機校準要求（如力值精度、位移控制）。
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GB/T 3075-2008《金屬材料 疲勞試驗 軸向力控制方法》：雖為金屬標準，但陶瓷循環疲勞（尤其軸向）可參考其加載模式（需降低頻率以避免慣性效應）。
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國際標準（ISO）
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ISO 12106:2003《金屬材料 疲勞試驗 軸向力控制方法》：陶瓷的循環疲勞試驗可借鑒其方法，但需注意陶瓷無加工硬化，應力幅需低于靜態強度的50%（避免瞬時斷裂）。
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ISO 14703:2000《精細陶瓷 疲勞性能的試驗方法》：針對結構陶瓷（如氧化鋁、碳化硅），規定拉-壓循環（R=-1）或彎-彎循環，支持環境箱控制（如干燥空氣、水蒸氣）。
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美國標準（ASTM）
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ASTM C1211-18《精細陶瓷 疲勞性能的試驗方法 拉-壓循環》：采用伺服控制疲勞機，測定S-N曲線，試樣為圓柱或圓管（直徑2~10mm），頻率≤10Hz（避免慣性影響）。
三、非金屬材料疲勞試驗的關鍵設備
1.
疲勞試驗機：優先選擇伺服液壓式（高精度、寬頻率范圍）或電磁振動式（高頻，≤1000Hz）；
2.
環境箱：用于控制溫度（-196℃~600℃）、濕度（0~100%RH）或腐蝕介質（如鹽霧、油浴）；
3.
監測系統：引伸計（測量應變）、聲發射（AE，裂紋起始監測）、紅外熱像儀（檢測內熱積累）；
4.
數據采集與分析軟件：支持實時記錄載荷-位移-時間信號，擬合S-N曲線或da/dN-ΔK曲線。
四、注意事項
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試樣代表性：需模擬實際部件的結構（如纖維方向、層厚）與環境（如溫度梯度）；
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預處理：塑料/橡膠需進行狀態調節（如23℃×50%RH×48h），陶瓷需干燥除濕；
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失效判據：避免僅以斷裂為判據（如橡膠可能在裂紋擴展前因剛度下降失效）；
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統計方法：非金屬材料疲勞壽命離散性大，需至少5個試樣，采用Weibull分布擬合特征壽命。
總結
非金屬材料疲勞試驗需根據材料類型（塑料、橡膠、復合材料、陶瓷）選擇專用標準，重點關注加載模式、環境條件及失效判據的特殊性。實際應用中，建議結合具體工況（如汽車部件的振動疲勞、航空結構的低周疲勞）調整試驗參數，并參考國際標準（如ISO、ASTM）以確保結果的可比性。