1.
試驗(yàn)原理: 對一根經(jīng)過精密加工的標(biāo)準(zhǔn)化試樣,沿其縱軸方向施加一個(gè)周期性變化的力(F)。這個(gè)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(chǎn)生交變應(yīng)力(σ = F / A)。試驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行,直到試樣發(fā)生破壞或達(dá)到預(yù)定的循環(huán)次數(shù)(如10^7周次)而不破壞為止。 2.
力控制的特點(diǎn): ?
“力”為直接控制量:試驗(yàn)機(jī)嚴(yán)格控制和監(jiān)測施加在試樣上的力(F),保持其幅值恒定。 ?
應(yīng)力與力成正比:由于試樣的橫截面積(A)是固定的,因此應(yīng)力(σ)與力(F)成正比。通過控制力就間接控制了應(yīng)力。 ?
適用于高周疲勞:該方法主要用于高周疲勞區(qū)域,即失效循環(huán)次數(shù)較高(通常Nf > 10^4 ~ 10^5),應(yīng)力水平較低,材料主要處于彈性變形階段。 3.
試驗(yàn)參數(shù): ?
對稱循環(huán):R = -1(如最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力相等) ?
脈動循環(huán):R = 0(如從零到最大拉應(yīng)力) ?
應(yīng)力比(R):一個(gè)循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值(R = σ_min / σ_max)。常見情況有: ?
頻率(f):單位時(shí)間內(nèi)載荷循環(huán)的次數(shù)。頻率的選擇應(yīng)避免產(chǎn)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(yàn)設(shè)備: ?
高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)或電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī):必須能夠精確地產(chǎn)生和控制軸向力,并具有高精度的力傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制。 ?
對中裝置:至關(guān)重要。必須確保施加的力與試樣軸線高度一致,防止產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力,保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 2.
試樣要求: ?
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(zhì)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(yàn)流程: ?
試樣準(zhǔn)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(yàn)機(jī)夾頭中,并使用對中裝置確保最佳對中狀態(tài)。 ?
設(shè)置參數(shù):設(shè)置力幅、應(yīng)力比(R)、頻率和終止條件。 ?
進(jìn)行試驗(yàn):啟動試驗(yàn)機(jī),持續(xù)運(yùn)行直至試樣斷裂或達(dá)到循環(huán)基數(shù)。 ?
記錄數(shù)據(jù):記錄每個(gè)試樣的應(yīng)力水平(S)和最終失效的循環(huán)次數(shù)(Nf)或未失效的循環(huán)次數(shù)。 2.
結(jié)果處理與S-N曲線: ?
將不同應(yīng)力水平下得到的一組(S, N)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制在雙對數(shù)或半對數(shù)坐標(biāo)紙上。 ?
通過統(tǒng)計(jì)方法(如最小二乘法)擬合出S-N曲線(應(yīng)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(jīng)受特定大循環(huán)次數(shù)(如10^7次)而不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力幅值。
?
航空航天:為發(fā)動機(jī)葉片、起落架、機(jī)身結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部件的選材和壽命預(yù)測提供數(shù)據(jù)。 ?
汽車工業(yè):用于測試曲軸、連桿、懸掛系統(tǒng)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(fēng)電轉(zhuǎn)子、核電部件、壓力容器的安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 ?
材料科學(xué)研究:評價(jià)新開發(fā)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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