疲劳试验设计与数据处理办法.pptxVIP

第三章 疲劳试验方法及其数据处理 第一节 疲劳试验与疲劳试验机的发展 一、疲劳试验机发展 1、50年设计了旋转弯曲疲劳试验机，用于研究各种轴类零件的疲劳试验。 2、 50年代研制出了闭环控制的电液伺服疲劳试验机。 3、 60年代大规模集成电路的出现，制造了能够模拟零件或构件服役载荷工况的随机疲劳试验机。 4、 70年代使用计算机控制的电液伺服疲劳试验机进行随机疲劳试验。 5、90年代后期，人们发现材料的疲劳现象与循环应力作用的频率无关，或者说应力循环频率对疲劳影响很小。人们设计了高频疲劳试验机和超声波疲劳试验机。 6、现阶段用的试验机：MTS, 动静疲劳试验机，旋转弯曲疲劳试验机、高频疲劳试验机、超声波疲劳试验机等。;四柱式动静液压伺服疲劳试验机;二、疲劳试验机的工作原理 （1）动静液压伺服疲劳试验机 组成：油源（液压泵） 伺服阀 作动器 （液压油缸） 传感器（压力、位移）试件。 工业控制计算机：（1）伺服阀的控制，产生疲劳试验载荷；（2）压力传感器信号采集及其处理；（3）位移传感器信号采集及其处理；（4）油源的开启停止等控制。 工作主机---主机框架，安装作动器和安装试件。;试验机技术指标：;2、高频疲劳试验机 工作原理：采用电磁激励，使试件（弹簧）共振原理。; （1）机器的谐振频率是以试样的刚性和砝码质量m1的大小改变来决定。 （2）砝码质量分为8级，可改变砝码质量来调节频率。 （3）松开砝码螺丝，电磁激活产生共振而运行。 （4）当激振器产生的激振力的频率和相位与振荡系统的固有频率一致时，系统便发生共振，这时配置质量在共振状态下产生的惯性力往复作用在试样上，来完成对试样的疲劳试验。;三、单轴和多轴疲劳试验 单纯从所受应力状态来分析，则疲劳大体上可分为单轴和多轴疲劳。 单轴疲劳——是指材料或零件在单向循环载荷作用下所产生的失效现象。零件只受单向正应力（应变）或单向切应力（应变），如只承受单向拉—压循环应力，弯曲应力或扭转循环应力。 多轴疲劳——是指多向应力或应变作用下的疲劳，也称为复合疲劳。多轴疲劳损伤发??在多轴循环加载条件下，加载过程中有两个或三个应力（或应变）分量独立地随时间发生周期性变化，应力分量可以是同相位的，按比例的，也可以是非同相的、非比例的。 各种压力容器、航天飞行器、核电站、交通运输工具中的一些重要零件通常是承受复杂的多轴比例与多轴非比例交互循环载荷的作用。 早期处理复杂应力状态下的多轴疲劳问题时，将多轴问题利用静强度理论等效成单轴状态，然后利用单轴疲劳理论处理复杂的多轴疲劳问题，这种的处理方法在处理比例加载下的多轴疲劳问题是有效的。但实际工程结构和设备的重要结构零部件，很多是在非比例多轴加载作用下服役。;第二节 疲劳及其分类 一、疲劳概念 材料和机械零部件在交变应力作用下，在应力远远低于材料的屈服强度σs的若干个循环下发展的突然断裂现象。 由于疲劳结果存在很大的分散性，因此在疲劳试验中要采用数理统计学的方法处理数据及合理安排试验程序。 研究指出：疲劳裂纹形成寿命存在很大的分散性，而疲劳裂纹的扩展寿命分散性较少。;二、疲劳的分类 （1）按研究对象可以分为材料疲劳和结构疲劳； 材料疲劳---研究材料的S—N曲线、失效机理和化学成分、微观组织对疲劳强度的影响。 结构疲劳---以零部件、接头以至整机为研究对象。研究他们的疲劳性能，抗疲劳设计方法，寿命评估方法和疲劳试验方法，形状、尺寸和工艺因素的影响，以及提高疲劳强度方法。;（2）按失效周次可以分为高周和低周疲劳 高周疲劳---材料在低于其屈服强度σs的循环应力作用，经过104~105以上循环产生的失 效。 低周疲劳---材料在接近或超过屈服强度σs的应力作用下，低于104~105次塑性应变循环 产生的失效。 两者的主要区别在于塑性应变的程度不同，高周一般应力低，材料处于弹性范围，而低周疲劳产生较大塑性变形，以应变为参数。; （3）按应力状态可以分为单轴疲劳和多轴疲劳； 单轴疲劳------单向正应力或单向切应力。例如：单向拉—压疲劳，弯曲疲劳或扭转 循环应力。 多轴疲劳------多向应力作用下疲劳（复合疲劳）。例如：弯扭复合疲劳，双轴拉伸 疲劳，三轴应力，拉伸—内压疲劳，缺口 处的应力状态也往往是多轴疲劳。; （4）按载荷变化情况可以分为恒幅疲劳、变幅疲劳和随机疲劳； 恒幅疲劳---载荷中，所有峰值载荷相等和所有谷值载荷相等的。 变幅疲劳---所有峰值载荷不等和所有谷值载荷不等，或两者均不相等的载荷。 随机疲劳---疲劳载荷中，峰值载荷和谷值载荷及其序列是随机出现谱载荷。幅值和频率都是随机变化的，而是不确定的。 （5）按载荷工况和工作环境分为常规疲劳、高低温疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和冲