金属疲劳试验方法

铝合金疲劳实验 李慕姚 1351626

一﹑实验目的

1. 观察疲劳失效现象和断口特征。

2. 了解测定材料疲劳极限的方法。

二、实验设备

1. 疲劳试验机。

2. 游标卡尺。

三﹑实验原理及方法

在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值 r=m ax m in

σσ （2-16）

称为循环特征或应力比。在既定的r 下，若试样的最大应力为σ1

m ax ，经历N 1次循环后，发生疲劳失效，则N 1称为最大应力为σ1m ax 时的疲劳寿命（简称寿命）。实验表明，在同一循环特征下，最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。表示最大应力σmax 与寿命N 的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N 曲线。碳钢的S-N 曲线如图2－31所示。从图线看出，当应力降到某一极限值σr 时，S-N 曲线趋近于水平线。即应力不超过σr 时，寿命N 可无限增大。称为疲劳极限或持久极限。下标r 表示循环特征。

实验表明，黑色金属试样如经历107次循环仍未失效，则再增加循环次数一般也不会失效。故可把107次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限σr 。而把N 0=107称为循环基数。有色金属的S-N 曲线在N>5×108时往往仍未趋于水平,通常规定一个循环基数N 0,例如取N 0=108,把它对应的最大应力作为“条件”持久极限。

图２-31 疲劳试验曲线图

工程问题中，有时根据零件寿命的要求，在规定的某一循环次数下，测出σmax ，并称之为疲劳强度。它有别于上面定义的疲劳极限。

用旋转弯曲疲劳实验来测定对称循环的疲劳极限σ-1.设备简单最常使用。各类旋转弯曲疲劳试验机大同小异，图2-32为这类试验机的原理示意图。试样1的两端装入左右两个心轴2后，旋紧左右两根螺杆3。使试样与两个心轴组成一个承受弯曲的“整体梁”上，它支承于两端的滚珠轴承4上。载荷P 通过加力架作用于“梁”上，其受力简图及弯矩图如图2-33所示。梁的中段（试样）

为纯弯曲，且弯矩为M=21

P ɑ。“梁”由高速电机6带动，在套筒7中高速旋转，于是试样横截面上任一点的弯曲正应力，皆为对称循环交变应力，若试样的最小直径为d min ，最小截面边缘上一点的最大和最小应力为

max σ＝I Md 2min ， min σ＝-I Md 2min (2-17)

式中I=64π

d 4

m in 。试样每旋转一周，应力就完成一个循环。试样断裂后，套筒压迫停止开关使试验机自动停机。这时的循环次数可由计数器8中读出。

四﹑实验步骤

（1）测量试样最小直径d min ；

（2）计算或查出K 值；

（3）根据确定的应力水平σ

’ (4) 将试样安装于套筒上，拧紧两根连接螺杆，使与试样成为一个整体；（5）试样断裂或记下寿命N，取下试样描绘疲劳破坏断口的特征。

五﹑实验结果处理

1

d min=10mm

2 应力-时间图

3 应力应变曲线

4 S-N曲线