低周疲劳试验

Harbin Engineering University

现代力学实验技术

实验报告

实 验 题 目：疲劳实验

姓

名： 王笑笛 班 级：土木工程 学 号： S8

实 验 时 间： 2015 年 11 月 25 日

组 成 员：王方鑫、韩天一、王笑笛

成绩

预习

操作

实验报告

教师签章

力学与工程技术实验教学中心

一、实验原理

1．了解材料的疲劳性质，测定某个应力等级下的疲劳寿命。

2．了解高频疲劳试验机的工作原理和操作方法。

3．掌握不确定性测量的基本分析方法。

二、实验设备

INSTRON电液伺服疲劳试验机，配备相应的载荷传感器，引伸计等。

8800

三、电液伺服疲劳试验机原理

电液伺服疲劳试验机原理如图所示，泵站提供液压动力，程序装置、型号发生装置、函数发生器等发出控制信号驱动伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服阀，伺服阀驱动作动器。各种传感器测量信号经过测量和放大器输出各种信号，形成控制回路。

图 1 电液伺服疲劳试验机原理

英斯特朗（INSTRON）FastTrack™8801 电液伺服试验系统，如图2所示，该系统结合先进的 FastTrack™8800 数字控制器以及英斯特朗专利 Dynacell™疲劳负荷传感器，同时配备了全套的动静态分析软件，能够对不同直径，不同厚度的试样进行拉、压、弯等静态加载实验以及拉-压、拉-拉、压-压、弯曲等疲劳试验，机器刚度好，精度高，实验数据可靠。

图2 Instron FastTrack ™8801 电液伺服试验系统

四、实验概述

材料疲劳寿命是一个特殊的机械性质。疲劳寿命的一个主要因素是应力水平。在不同的应力水平下材料具有不同的疲劳寿命。在测定了各级应力水平的疲劳寿命（包括疲劳极限）时，可以确定一条材料的疲劳寿命曲线，即 S-N 曲线（应力-寿命曲线）。 各应力级别的寿命并不是一个确定性的量值。它的对数是按照概率正态分布的一个随机变量。因此，试验需要测定多个同应力级别的试件的寿命（n 个寿命），对这 n 个寿命计算对数寿命的平均值和标准差。

平均值：

∑==n

i i x n x 1

1

标准值：

)

1()

(1

2

--=

∑=n x x s n

i i

定义：变异系数为

x

s C v =

其中：x 为寿命的对数，即i i N x lg =；

由概率分析理论和统计推断理论，可以确定当置信度达到 95%时变异系数的要求，由此可以确定最少的试件个数 n 。

五、实验步骤

1．每两个人一组（一根试件），测量试件截面几何尺寸。

2．根据拟定的应力水平和应力比 R ，计算最大载荷和最小载荷，计算平均静载荷和动载荷。应力水平是指交变应力中的最大应力。应力比 R 定义：

m ax

m in

σσ=

R 平均静载荷：

2

max

min P P P j +=

动载荷：

2

min

max P P P d -=

3．将试件夹卡到高频疲劳试验机上。注意试件对中。 4．启动疲劳试验机静载荷和动载荷。记录寿命。 5．五根试件计算平均值和标准差、以及变异系数。

6．三个应力水平或四个应力水平的对数疲劳寿命可画出一条疲劳寿命曲线。

六、试验结论

实验结论大致如下图

图3 曲线f r N -ε