使用高频疲劳试验机检测材料的疲劳寿命

　　1　前言

　　在工业生产中,材料或结构的疲劳损坏是其主要失效形式,因此材料或结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。材料的疲劳寿命曲线,即“S—N”曲线,是反映材料的疲劳强度与疲劳寿命对应关系的曲线,是最常用的一种疲劳试验结果的表示方法。

　　2　原理及实现过程

　　微机控制高频疲劳试验机是一种通用的电磁激励共振型疲劳试验机。主要用于测量金属材料及构件在拉、压或拉压交变负荷下的疲劳性能。计算机直接参 与控制,因而系统稳定性好,数据波动度小,精度高;该机应用电磁谐振原理,电控系统采用先进的脉冲调制宽度型控制方式及新型功率放大器,系统稳定可靠,工 作效率高,耗能低,是测试材料疲劳性能较理想的测试设备。

　　绘制“S—N”曲线时,以试验力或试验应力为纵坐标,以疲劳寿命为横坐标,疲劳寿命采用对数坐标,试验力或试验应力采用线性坐标或对数坐标,曲线的绘制用回归分析的方法进行曲线拟合,将同一种材料不同应力比或不同平均应力下的曲线画在同一张图中。

　　在工作中,根据用户需要,在高频疲劳试验机软件部分数据处理上增加了该项功能。具体原理及实现过程如下。

　　(1)静力试验

　　取一个试件测定材料或构件的强度σb或破坏载荷Pb,以检验材料或构件的静强度是否符合要求,并且根据σb或Pb选定各级应力水平。

　　(2)确定应力比或平均应力

　　应力比R是材料或构件在试验中所受最小应力Smin与最大应力Smax的比值。即

　　R= -1为对称循环,R为其他任何数值时为非对称循环。应力比的大小是根据生产和设计要求来确定的。如果为了了解材料抗拉的疲劳性能,常取R= 0.1。S—N曲线一般是在给定应力比条件下做出的,但有时根据需要,S—N曲线也在给定平均应力Sm的条件下做出。

　　(3)确定应力水平和载荷

　　应力水平代表一对应力Smax和Smin。应力水平至少分为五级,高应力水平间隔大些,随着应力水平的降低间隔越来越小。在所取的各级应力水平 中,一般情况下Smax=(0.6~0.7)σb。即加载系数Kmax= 0.6~0.7。然后K逐渐递减。对于轴向加载疲劳试验,当已知各级最大载荷Smax和应力比R时,可求出最小载荷Smin和平均载荷Pm、交变载荷 Pa。即

　　由于疲劳寿命的分散性较大,在每个应力水平只用一个试件所测定的S—N曲线,精度较差。如希望得到较精确的S—N曲线。一般每个应力水平取3~5个试件来进行试验,取其中值疲劳寿命为该应力水平的疲劳寿命。