第八节 疲劳试验

试验温度


一般情况下，试验应在标准试脸室温度下进行。
20
试验步骤

把准备好的试样夹入试验机的上、下夹持器中，试样两端 在夹持器中的长度各为30mm 试样不得夹得过紧，以免试样在夹持部位出现早期损坏 调整试验机的偏心机构和上夹持器，使两夹持器的最小间 距为25mm，并使夹持器的最大间距达到工作标距要求的 间距 尽量减少对试样的拉伸时间，施加应变后到调整完毕不能 超过1min
第八节 疲劳试验
1
事 故 发 展 过 程

疲劳 失效 断裂 事故
2
科研与生产应用

鞋跟冲击疲劳试验机 (连续冲击) HK-5305A
3
塑料疲劳的根本原因

塑料具有粘弹性

在交变的应力作用下，分子链形变总是滞后于应力， 产生内摩擦生成大量热，导热不良又使热量积累导 致材料升温，引起材料局部软化、熔融等，试样的 内部缺陷、内部缩孔、表面划伤、缺口、粗糙等都 易导致疲劳破坏

高分子新材料，收集的疲劳过程数据还很少
5
定义



疲劳 材料在交变的周期性应力或频繁的重复应力作用下，导 致材料的力学性能减弱或破坏的过程称为疲劳。 应力 物体内某点的平面上所受力的大小 最大应力Smax ，最小应力Smin 应变 由于应力的作用而产生的材料的尺寸变化与原始尺寸之 比 最大应变εmax ，最小应变εmin

P0 Kt x0
Kt为试样的弹性常数，表示了试样的刚性N/mm x0为试样的挠度，mm。
15
根据所需的应力，对试样施加负荷大小的计 算如下： 2
施加于试样上的负荷

Sb0 d P 6 L0



b0为三角形试样的底边长度，A型为20.6mm，B 型为19.1mm S为所需要的循环应力，N/mm； d试样的厚度，mm。 L0为试样的跨度， A型为31.8mm B型为57.2mm 将A型、B型试样的尺寸代入，上式可简化为


疲劳的试验方法有

压缩屈挠试验、屈挠疲劳试验、伸张疲劳试验和回转屈 挠疲劳试验。
17
硫化橡胶伸张疲劳试验

国家标准GB1688-86 定应变下的疲劳伸张试验

将哑铃状试样在试验机上反复伸张变形直到试样断裂。

反复拉伸变形下，试样产生裂口以至裂口扩展而断裂的现 象称为伸张疲劳

在规定的拉伸应变值下，反复变形到一定次数后，其拉 伸性能测定值与疲劳前拉伸性能测定值之比表示为伸张 疲劳系数 把在一定的静态和周期性动态负荷作用下，材料产生破 坏或断裂所需的时间，常用转动次数表示疲劳寿命。



在试验过程中测定试样表面达到稳定的温度。
试样破坏，试验机停止，从读数器上读取循环次数N。 画出S—N图，以每一载荷下几次试验结果的几何平均值N 的对数作横坐标，以循环的最大应力振幅值作纵坐标画出 S—N图。
13
14
计算

在悬臂梁弯曲式的疲劳试验中，偏心重锤振动 产生的力可表示为
偏心重锤振动系统产生的力
11
试样

模塑成型和机械加工 而成。 使加工中发热量最小， 表面光洁。


在打磨时，必须沿着 试样的纵向方向，以 磨去细小的刻痕或划 痕。
12
试验步骤

试验机的调整。 按试验要求，对试样施加一静载荷，调整偏心重锤的偏心 度，施加最大动载荷。计数器调零，开动试验机 动载荷 循环次数104 105 106 107
18

试样

哑铃状试样的制备与裁刀同橡胶拉伸性能的测试
19
试验来自百度文库件

试验应变值的选择与使用性能有关，应变值可取伸长50125 %。也可采用较低或较高的应变值，一般选用100 %； 试验频率一般选用250，300，500r/min。也可根据需要选 用其他频率。进行比较时，频率值必须相同


应变次数做伸张疲劳系数时，可根据情况自行选择。例如 5, 10, 15万次。
7
疲劳试验分类

根据施加负荷的方式

拉压、弯曲、扭转、冲击、组合应力等试验方法

根据施加的应力大小和产生的应变大小

分为应力振幅一定和应变振幅一定以及变动的应 力和应变的试验方法
8
疲劳试验参照标准

塑料的疲劳试验 参照ASTM（美国材料试验协会）ASTM D671-71恒定 力振幅法测定塑料弯曲疲劳的标准。


橡胶的疲劳试验 参照国家标准GB1688-86介绍硫化橡胶伸张疲劳试验。
9
（1）塑料的疲劳试验测试原理

试验设备 机架 固定夹具 弹簧板 千分表 弹簧 皮带轮轴 偏心锤等组成 此外，还有计数器，切 止开关，温度计，
10

测试原理 把试样的一端用固定侧夹 具将其夹紧，将另一端固 定在载荷侧夹具上，通过 它使试样弯曲 马达带动皮带轮轴与可变 的旋转偏心重锤联结，由 这个偏心重锤系统产生出 的循环的振幅恒定的应力， 通过载荷侧夹具，施加在 试样上 施加力的大小，可由测定 弹簧形变的千分表来测定。

疲劳破坏的根本原因有待进一步研究
4

疲劳引发不幸事故疲劳所引起的强度下降

1998年6月3目，德国一列高速列车在行驶中突然出 轨造成100多人遇难身亡的严重后果。事后经过调 查人们发现：造成事故的原因竟然是因为一节车厢 的车轮内部疲劳断裂而引起

疲劳引起80~90%的设备损坏

我国神舟飞船使用的是运载火箭，使用的原器件都 是新的，因此不会有因为“老化”、“疲劳”引发 的问题
PA 0.108 Sd
2
PB 0.0557 Sd
2
16
（2）橡胶的疲劳试验

橡胶的疲劳

橡胶承受交变循环应力或应变时所引起的局部结构变化 和内部缺陷的过程。

橡胶的疲劳使橡胶材料的力学性能下降，并最终导致龟裂 或完全断裂。 橡胶的疲劳断裂往往决定着这些制品的使用寿命。橡胶的 疲劳实质是受力和热的作用时橡胶产生老化的现象。
6





疲劳强度SN 在N次循环时材料疲劳破坏的应力值。 疲劳应变εN 在N次循环时材料疲劳破坏的应变值。 疲劳破坏 材料的刚度下降到规定的值时称为疲劳破坏。 疲劳极限Sf或εf 7 指试样在疲劳试验中经过无数次（一般规定N为10 次） 循环而不破坏的最大应力值或应变值。 疲劳寿命 在规定循环应力或应变下，试样疲劳破坏所经受的应力 或应变循环次数。