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金属旋转弯曲疲劳试验:测试原理与设备介绍

 更新时间:2023-06-05 点击量:629

金属材料在工程领域中扮演着重要的角色,然而在使用过程中,由于外部环境和载荷作用等因素的影响,金属材料往往会产生疲劳损伤,这将导致材料失效甚至引发事故。因此,研究金属材料的疲劳性能及其疲劳寿命是非常必要的。

金属旋转弯曲疲劳试验是一种常用的疲劳试验方法,该方法主要用于评估金属材料在旋转弯曲载荷作用下的疲劳性能。该试验方法能够模拟金属材料在实际使用中的受力情况,具有较高的可靠性和准确性,因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造等领域。

本文科准测控小编将介绍金属旋转弯曲疲劳试验方法的原理、设备、操作步骤和数据处理方法。

一、测试原理

1、原理

试样旋转并承受一弯矩,产生弯矩的力F恒定不变且不转动。试样可装成悬臂,在一点或两点加力,或装成横梁,在四点加力。试验一直进行到试样失效或超过预定应力循环次数。

注:失效——试样出现肉BS可见疲劳裂纹或断裂。在特殊应用中,可用试样的塑性变形成裂纹扩展速率确定试验的终止。

2、测试相关内容

a、疲劳——材料在交变应力或应变作用下,产生局部累积损伤,经一定循數而失效。

b、疲劳寿命,N——在规定应力或应变作用下,材料失效前所经受的循环次数。

c、S-N曲线图——应力与疲劳寿命的关系曲线图形。

d、应力比,R——最小应力与最大应力的比值,(见图1)。

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e、疲劳极限——对应于规定循环次数的中值疲劳强度。

f、疲劳极限——当N为无穷大时的中值疲劳强度。

g、理论应力集中系数,Kt——根据弹性理论计算的应力集中区最大应力与该区标称应力的比值。

h、存活率,P——疲劳寿命高于规定值的百分率。

二、测试仪器

可用不同类型旋转弯曲疲劳试验机,但应满足如下要求:

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1、所施弯矩误差不大于土1%。

2、将检验棒装于试验机上,慢慢转动试验机主轴,用百分表沿检验棒的试验部分或沿其自由端测得的径向跳动量不大于0.02mm。装上标准试样空载运转时,在主轴筒加力部位测得的径向跳动量最小于0.06mm。

3、初始弯矩应尽可能小。对于最大弯矩大于3kgf・m(29.4N・m)的纯弯曲疲劳试验机,其初始弯矩不大于最大弯矩的10%,对于最大弯矩小于3kgf・m(29.4N・m)的纯弯曲疲劳试验机,其初始弯矩不大于最大弯矩的5%。

4、试验速度范围为900~10000rpm,并分级或无级连续可调。

三、测试流程

1、试样的制备

试样形状如图2~8所示,可为圆柱形、圆锥形和漏斗形,其试验截面均为圆形。

试验部分形状应根据所用试验机的加力方式设计,夹持部分形状应根据所用试验机的夹持方式设计。各种情况下试样所承受的弯矩M图和标称应力S图如图2~8所示。

 

 

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2、操作步骤

1安装试样

将试样装入试验机,牢固夹紧,并使其与试验机主轴保持良好同轴。当用手慢慢转动试验机主轴时,用百分表在纯弯曲试验机的主轴上或在悬臂弯曲试验机中试样自由端上测得的径向跳动量均应不大于0.03mm。启动试验机后,空载正常运转时,在主轴筒加力部位测得的径向跳动量应不大于0.06mm。加力前,必须检定上述值,使之符合要求。装样时切忌接触试样试验部分表面。

2获得试验速度

开动试验机,并使试验速度达规定值。

推荐试验速度范围为900~10000rpm。同一批试验的试验速度应相同。不得采用引起试样共振的试验速度。

3加力

以递増或连续的方式,平稳而无冲击地将力加到规定值。

4终止试验

试验一直进行到试样失效或达规定循环次数时终止。试验原则上不得中断。

试样失效如发生在最大应力部位之外、或断口有明显缺陷、或中途停试产生异常数据,则试验结果无效。

5测定条件疲劳极限

采用升降法测定条件疲劳极限。有效的试样数量一般在十三根以上。应力增量一般为预计条件疲劳极限的3~5%。试验一般在3~5级应力水平下进行。第-根试样的应力水平应略高于预计的条件疲劳极限。根据上一根试样的试验结果(破坏或通过),决定下一根试样的应力(降低或升高),直至完成全部试验。第一对相反结果以前的数据,如在以后数据的应力波动范围之内,则作为有效数据加以利用,即在试验过程中应陆续将它们平移到第一对相反结果之后,作为该试样所在应力水平下的第-个有效数据。

条件疲劳极限按下式计算:

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6测定S-N曲线

测定S-N曲线时,通常至少取4~5级应力水平。用升降法测得的条件疲劳极限作为S-N曲线的低应力水平点。其他3~4级较高应力水平下的试验,则用成组试验法,每组试样数量的分配,取决于试验数据的分散度和所要求的置信度,并一般随应力水平的降低而逐渐増加,通常一组需五根左右试样。

用上述方法测定的S-N曲线认为具有50%的存活率。

3、试验结果的表示方法

试验结果以下列两种方法表示

1)列表法

表中应包括如下内容:

试验顺序、试样号、试样形状尺寸及表面光洁度、试验应力、经受的循环次数、成组法测得的平均疲劳寿命或升降法測得的条件疲劳极限。

2)图示法

S-N曲线图是常用的一种图示疲劳试验结果的方法,其绘制方法如下:

image.png 

 

以最大应力或对数最大应力为纵座标,以对数疲劳寿命为横座标,将试验数据一一标注在取对数或双对数座标纸上,用直线或曲线进行最佳拟合,即成S-N曲线图,如图11所示。在S-N曲线图中,应注明材料牌号、试样形状尺寸、表面质最(光洁度等)、抗张强度、试验速度、试绘环境气氛等。

以上就是小编介绍的金属旋转弯曲疲劳试验的检测设备和测试流程等内容,希望可以给大家带来帮助!如果您还想了解更多关于金属材料三点弯曲疲劳测试法、轴承钢旋转疲劳测试性能和旋转弯曲疲劳强度等问题,欢迎您关注我们,也可以给我们私信和留言,科准测控技术团队为您免费解答!