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σ 1m 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σ1 m 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；
齿轮传动效率及齿轮疲劳实验 （附加机械功率、效率测试实验） 一.实验目的 1.了解封闭（闭式）齿轮实验机的结构特点和工作原理。 2.了解齿轮疲劳实验的过程，及通过实验测定齿轮疲劳曲线的方法。 3.在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。 4.介绍机械功率、效率测定开式实验台，了解一般机械功率、效率的测试方法。 二.实验设备及工作原理 1.封闭（闭式）传动系统 封闭齿轮实验机具有2个完全相同的齿轮箱（悬挂齿轮箱7和定轴齿轮箱4）,每个齿轮箱内都有2个相同的齿轮相互啮合传动（齿轮9与V,齿轮5与5'）,两个实验齿轮箱之间山两根轴（一根是用于储能的弹性扭力轴6,另一根为万向节轴10）相联，组成一个封闭的齿轮传动系统。当山电动机1驱动该传动系统运转起来后，电动机传递给系统的功率被封闭在齿轮传动系统内，既两对齿轮相互自相传动，此时若在动态下脱开电动机，如果不存在各种摩擦力（这是不可能的），且不考虑搅油及其它能量损失，该齿轮传动系统将成为永动系统; 山于存在摩擦力及其它能量损耗，在系统运转起来后，为使系统连续运转下去, 山电动机继续提供系统能耗损失的能量，此时电动机输出的功率仅为系统传动功率的20%左右。对于实验时间较长的情况，封闭式实验机是有利于节能的。 1?悬挂电动机2.转矩传感器3.转速传感器4?定轴齿轮箱5?泄轴齿轮副6.弹性扭力 轴7.悬挂齿轮箱&加载狂码9.悬挂齿轮副10.万向节轴11.转速脉冲发生器2.电动机的输出功率
电动机1为直流调速电机，电动机转子与定轴齿轮箱输入轴相联，电动机 采用外壳悬挂支承结构（既电机外壳可绕支承轴线转动）；电动机的输出转矩等于电 动机转子与定子之间相互作用的电磁力矩，与电动机外壳（定子）相联的转矩传感器2提供的外力矩与作用于定子的电磁力矩相平衡，故转矩传感器测得的力矩即为电动机的输出转矩To；电动机转速为n,电动机输出功率为P u =n? To/9550 （KW）。3.封闭系统的加载 当实验台空载时，悬挂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上载荷W 后，对悬挂齿轮箱作用一外加力矩WL,使悬挂齿轮箱产生一定角度的翻转，使两个齿轮箱内的两对齿轮的啮合齿面鼎紧，这时在弹性扭力轴内存在一扭矩T9 （方向与外加负载力矩WL相反），在万向节轴内同样存在一扭矩TJ （方向同样与外加力矩WL相反）；若断开扭力轴和万向节轴，取悬挂齿轮箱为隔离体, 可以看出两根轴内的扭矩之和（Tg+TJ）与外加负载力矩WL平衡（即T9+T9'=WL）；乂因两轴内的两个扭矩（T9和T9'）为同一个封闭环形传动链内的扭矩，故这两个扭矩相等（T9=T9*）,即2T9=WL, T9=WL/2 （Nm）；由此可以算出该封闭系统内传递的功率为： P9=T9 n / 9550=WLn/19100 （KW） 其中：n--电动机及封闭系统的转速（rpm）； W-所加祛码的重力（N）； L—加载杠杆（力臂）的长度，L= 0.3 mo 4.单对齿轮传动效率 设封闭齿轮传动系统的总传动效率为Q ; 封闭齿轮传动系统内传递的有用功率为P9； 封闭齿轮传动系统内的功率损耗（无用功率）等于电动机输出功率Po,即： Po=（ P9 / n）-P9 n=p9 / （Po+PJ 二T9/ （T0+T9） 若忽略轴承的效率，系统总效包也含两级齿轮的传动效率，故单级齿轮的传 动效率为：7=向=｛〒务 5.封闭功率流方向""
铝合金车轮设计及结构分析 【摘要】车轮是汽车行驶系统中重要的安全部件，汽车前进的驱动力通过车轮传递，车轮的结构性能对整车的安全性和可靠性有着重要的影响。另外，车轮还是汽车外观的重要组成部分。传统车轮设计多凭借经验展开，存在着设计盲目性大、设计制造周期长、成本高等诸多弊端。面对日益激烈的市场竞争，企业迫切需要采用科学的手段改善设计方法，本文所采用的CAD技术和有限元分析方法是解决上述问题的理想方法。本文运用工业设计理论，将造型设计构思表现的方法与技能应用于车轮设计中，结合车轮结构尺寸优化和形状优化，使工程技术与形式美密切结合，综合表现了车轮的性能、结构和外观美。 【关键词】铝合金车轮;有限元分析;结构设计;强度分析;疲劳分析 1.引言 普遍意义的车轮包括轮胎和金属轮辆一轮辐一轮毅两部分，本文所研究的车轮只限于金属轮惘一轮辐一轮毅部分，不包括轮胎。车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，它不仅承受着静态时车辆本身垂直方向的自重载荷，同时也经受着车轮行驶过程中来自各个方向因起动、制动、转弯、物体冲击、路面凹凸不平等各种动态载荷所产生不规则力的作用，是车辆行驶系统中重要的安全结构部件，其结构性能是车轮设计中主要因素[1]。另外，车轮作为整车外观的主要元素之一，象征着整车的档次，多变的铝合金车轮轮辐形态和明亮的色泽越来越为人们所关注，因此车轮的外观设计也因此变得越发的重要。 2.铝合金车轮的设计方法 车轮制造企业的设计手段依然采用传统的设计方法，其设计及生产流程如图1所示。 图1 传统的车轮设计流程图 产品的结构强度、疲劳性能则在产品试样制造出来后，通过试验来验证。这样导致产品的设计周期过长，成本过高。而且设计时为了保证产品的通过率，避免反复多次修改模型，设计人员往往留有过大的设计欲量，对于大批量生产的企业，这无形中造成了材料浪费，增加成本[2]。 此外，当试验失败进行结构修改时，设计人员也是凭借经验，通过局部增加材料达到提高强度的目的，缺乏理论依据，具有较强的盲目性，对于产品的结构优化更是无从入手[3]。因此，采用新的技术和手段，使车轮设计由经验类比型向科学分析计算型转变，是车轮行业一项势在必行的工作。 3.载荷的处理
高温旋转弯曲疲劳试验机用于对黑色金属及其合金材料在室温及高温条件下进行小试样悬臂纯弯曲疲劳试验，测定金属圆形横截面试样在旋转状态下承受弯曲力矩时的疲劳性能。 高温旋转弯曲疲劳试验机Rotary bending fatigue testing machine 1 试验机介绍 馥勒高温旋转疲劳弯曲试验机由FL疲劳试验机架、交流高速电机及驱动器，测控系统、加载砝码、高温炉及控制器、高温试验夹具、润滑装置、保护装置等组成，用于对黑色金属及其合金材料在室温及高温条件下进行小试样悬臂纯弯曲疲劳试验，测定金属圆形横截面试样在旋转状态下承受弯曲力矩时的疲劳性能。 2 试验机方法 Q/FL-2019《材料疲劳试验方法》 3 试验标准方法 满足HB 5153-1996 金属高温旋转弯曲疲劳试验方法 HB 5152-1996 金属室温旋转弯曲疲劳试验方法 GB/T 4337-2008 金属材料疲劳试验旋转弯曲方法 JJG 652-2012 旋转弯曲疲劳试验机检定规程 4 主要技术规格参数 依据测试需求，选择相应的技术规格型号参数等 5 试验机规格型号 FLXPL25、FLXPL300
6 加载负荷 25N、300N 7 精度 ±0.1％ 8 加载力臂 214mm 9 旋转速度 1500r/min～10000r/min，无级调速10 转速波动度 ±0.5%FS 11 弯矩误差 ±1% 12 载荷精度误差 ±1% 13
加力点静态径向跳动量 0.01mm 14 加力点动态径向跳动量 0.05mm 15 高温范围 300度~1000℃ 16 试验夹具选择 专用高温试验夹具，采用弹性前后夹头夹持试样，夹头与主轴弹性筒夹连接，可实现精密配合 17 适用材料 金属材料、高温合金材料等 18 测试控制器 馥勒旋转弯曲测控控制器 19 馥勒疲劳机触控操作 配有触摸屏操作及显示面板用于完成所有控制参数的设置、所有测量数据的显示及所有的试验操作；配有与计算机通讯的网络接口，当配计算机时，可实现计算机对单台设备的测控或对多台设备的组网测控；试验周次可以任意设定，达到设定值可自动停机。 19
影响钢丝绳弯曲疲劳试验的因素分析 张钫张平萍 （国家金属制品质量监督检验中心郑州450007） 摘要本文通过对钢丝绳弯曲疲劳机的选择，弯曲滑轮，试样弯曲频率、包角，张力等影响钢丝绳弯曲疲劳试验结论的几个重要因素进行了分析，根据质检中心日常试验过程中对钢丝绳弯曲疲劳试验方式的总结，建议用户进行钢丝绳弯曲疲劳试验时应模拟钢丝绳使用现场的情况。 关键词钢丝绳，弯曲疲劳试验机，GB/T12347-1996 The application of steel wire rope—Bending flatigue testing Zhang Fang Zhang Pinping (China National Steel Wire Products Quality Supervision & Testing Center zhengzhou 45 0007) Abstract The paper analysis the selection of the bending flatigue machine,be nding pulley, the frequency of sample bending , the angle of steel wire rope r evolving around the bending pulley, the tension of steel wire rope ect. These factors are important for the result of the steel wire rope—bending flatigue test ing. According to the test of steel wire rope—bending flatigue in our ordinary work,we pose the suggestion for user that the steel wire rope—bending flatigu e testing should simulate the scene of the steel wire rope using. Keywords steel wire rope, the machine of steel wire rope –Bending flating te sting, GB/T12347-1996 随着社会的发展和科技的进步，钢丝绳的使用场合越来越多。钢丝绳的弯曲疲劳寿命成为许多工程设计和使用人员关心的问题。我国现行的GB/T12347-1996规定了钢丝绳弯曲疲劳试验方法。它作为一种通用的钢丝绳弯曲疲劳试验方法的标准，并未完全包罗所有的钢丝绳弯曲疲劳类型，同一根钢丝绳的具体使用场合不同，使用的方式不相同，那么它的弯曲疲劳寿命也不相同。在实验室为了更加逼真的反映钢丝绳弯曲疲劳寿命，就要求我们的钢丝绳弯曲疲劳试验方法也不能完全按照GB/T12347-1996执行,应该在理解GB/T12347-1996的基础上加以应用。 钢丝绳广泛使用在煤矿，港口，航空，航天，汽车，摩托车等许多重要的场合。钢丝绳的疲劳试验如果完全按照现行的标准去实施，那么其试验结果将难以准确的反映应用情况。为此从以下几个方面进行讨论：
旋转纯弯曲疲劳试验机 测量结果的不确定度评定 1 概述 规程规定采用三等标准测力仪（配合专用检具使用）、千分尺来检定旋转纯弯曲疲劳试验机的弯矩。通过被检试验机弯矩值和标称值的相对误差，根据规程来判定被检试验机是否合格。因此，要对这个弯矩的相对误差进行不确定度评估。 1.1 检定方法 依据《旋转纯弯曲疲劳试验机》规程规定，为了方便描述，以下简称试验机。 1.2 环境条件 室温10℃～35℃，检定过程中环境温度变化不大于2℃/h 。 相对湿度不大于80%， 1.3 弯矩检定装置 弯矩检定装置为准确度等级不低于0.3级的标准测力仪（配合专业检具使用）、千分尺。 1.4 检定对象 《旋转纯弯曲疲劳试验机》规程适用的试验机。 2 弯矩测量结果的不确定度评定 2.1 数学模型 F L M = (1) 式中： M ——试验机弯矩值，单位为牛米（Nm ）； L ——试验机的力臂长度测量值，单位为（mm ） F ——试验力的测量值，单位为牛（N ） 。 按照不确定度传递率，M 的相对合成不确定度)(M u c 按公式（2）计算： 22))(())(()(F F u L L u M u crel += (2) 式中：)(M u crel ——试验机扭矩值的相对合成不确定度； )(L u ——力臂长度允许误差引起的标准不确定度分量； )(F u ——试验力测得值引起的标准不确定度分量； F ——标称力值； L ——标称力臂长度。 2.2 测量不确定度来源 2.2.1 由力臂长度允许误差引入的标准不确定度分量)(L u 的评定：
通过B 类方法进行评定，已知规程规定力臂长度的允许误差为±0.3%L ,半宽度为a=0.3%L ，估计其为正态分布。因此，由此引入的标准不确定度分量为L L L u %058.033%3.0)(== （3） 2.2.2 由试验力重复性引入的标准不确定度分量)(F u 的评定： 通过A 类方法进行评定，由于测量次数仅3次，所以采用极差法进行评定，当3=n 时，69.1=n d ，估计其为均匀分布，取3=k 。可得由试验力重复性引入的标准不确定度分量)(F u 为： F F F F u ?=-=342.03 69.1)(min max （4） 由于每次及每台试验机的力值测量重复性是不同的，但规程规定必须是在的(0～0.01)F 范围内。因此，公式（4）可以变换为下式： xF F F F u 342.03 69.1)(min max =-= （5） 式中：x ——重复性系数，0～0.01之间。 将公式（3）和（5）代人(2),得 ()()2 222342.000058.0342.000058.0)(x F xF L L M u crel +=??? ??+??? ??= （6） 分两种极端情况；得弯矩相对合成不确定度结果： 0=x 时 ()()% 058.000058 .0342.000058.0342.000058.0)(2222==+=?? ? ??+??? ??=x F xF L L M u crel 01.0=x 时 ()()% 35.0342.000058.0342.000058.0)(222 2=+=??? ??+??? ??=x F xF L L M u crel 实际日常检定工作中，006.0~002.0=x 左右，如果取中间数004.0=x 代人公式（6），弯矩的相对合成不确定度结果也只有：
齿轮疲劳试验数据多变的原因分析 Causes of Variability in Gear Fatigue Testing Gregory A.Fett and Michael A .Follis Dana Corporation ,Torque Traction Technologies Group 【摘要】 零件的疲劳试验数据变化很大，高强度表面渗碳硬化零件齿轮更是如此。长期的大量齿轮疲劳试验数据表明，在相同试验条件下，齿轮的高疲劳寿命与低疲劳寿命比较,比值可达9：1。本文介绍了一种系统分析方法，以确定引起齿轮疲劳试验数据多变的原因。本文主要通过准双曲面锥齿轮组的动态疲劳试验研究不同原因对疲劳试验影响的大小，每次试验间隔为6个月。研究结果表明动态试验设备、热处理、切齿以及齿轮用钢都会对疲劳试验寿命产生一定的影响。为了研究金相组织与疲劳试验寿命的联系，试验也对几种金相组织因素进行检查。 简介 齿轮疲劳试验数据会产生相当大的散差和变化。在过去30多年驱动桥和变速器工业生产中，测试时间跨度较长的大量试验结果表明，试件的高疲劳寿命VS低疲劳寿命的比值达到9：1是普遍的。这些试验数据都是在相同试验条件下，测试相同数量的试件得到的。如果试验测试涉及到多种材料因素，那么在任何给定的应力应变条件下，试验室样品的测试数据比值会有10：1或更大的差别。基于此种原因，人们很难甚至几乎不可能对两组不同的数据是否真的存在差别作出判断。 试验 设计本试验的目的是为了确定齿轮疲劳试验数据变化的潜在原因，并定量分析各种原因对试验数据变化的影响。试验采用的从动齿轮毛坯均取自同一钢锭，并经过相同的热处理，然后分为三类。部分毛坯在相同时间内完成切齿加工、渗碳热处理及后续加工，编号为A，动态试验时间间隔为6个月，目的是确定不同时间和试验设备会对试验数据产生多大的变化。部分齿轮编号为B，与A组试件在同一时间完成切齿加工，但不立即进行渗碳热处理，而是时间间隔6个月进行渗碳热处理及后续加工，然后与A组试件一同进行动态试验，除热处理外，其余工艺与A组试件的相同，目的是确定渗碳热处理对试验数据变化的影响。C 组齿轮试件分别完成毛坯准备和切齿加工、渗碳热处理以及后续加工等工序，时间间隔为6个月，与A组和B组试件一起进行动态试验，除切齿外，其余工艺基本与B组试件相同，目的是确定切齿对试验数据变化有多大的影响。最后，D 组试件是随机选择的现生产试件，时间间隔6个月，并与A、B、C组试件一起进行动态试验，选择的每批试件采用相同牌号的材料和热处理工艺，目的是研究包括渗碳用钢在内的多种原因的影响。为了确定其它因素是否会对试验结果产生影响，试验也对几组试验后的齿轮进行金相组织分析。 数据 表1中列出了试验的原始数据，每组试验有5个样品，其中有一组为原始基准试验，与A组一起进行，间隔6个月后，则进行一轮A、B、C、D组齿轮试验。每组齿轮的试验随机安排，间隔为6个月，以保证试验数据的客观性。表1中前两组数据是在同一试验机上进行，三、四组数据分别在两个不同试验机上进
钢丝绳弯曲疲劳试验作业指导书 进行钢丝绳弯曲疲劳试验检测必须以GB/T12347-2008等现行有效标准及相关标准和现行有效的《煤矿安全规程》等为依据。 1、接样： 1.1办公室负责对客户新近批量订购到货的钢丝绳接受委托检验。 1.2接样时请客户出具出厂证明书、订货合同、提货单等资料、并填写 本中心/站申请书。 2、试样要求 2.1 试样应从外观检查合格的钢丝绳上截取。 2.2钢丝绳直径20~26.5mm的试样最小长度为2倍轮距+圆周长=12.5m, 钢丝绳直径26.5~32.5mm的试样最小长度为15.5m，若为绳卡固定， 还要加上卡绳段长度。由于需要留备样长度，20~26.5mm的试样长 度需26m, 直径为26.5~32.5mm的试样长度需32m。 2.3 试样两端在截取之前应用软金属丝或专用夹头固紧。 3、备样 3.1 对客户的钢丝绳送检、报验样品进行登记、编号、标识。 3.2对钢丝绳进行外观检查，新绳要注意压痕、跳丝、松散、露麻等主要 缺陷，旧绳要注意磨损、断丝、锈蚀、绳芯干硬糟烂等主要情况，并 记录在案。 3.3依据钢丝绳直径和标准中的规定截取钢丝绳长度，直径为20-26.5mm 的钢丝绳截取13m，直径为26.5-32.5mm的钢丝绳截取16m。 3.4对剩余样的剩余部分在编号、标识后存贮保管，期限为检验检测周期。 3.5 实验前，应用沾有煤油或其他溶剂的棉纱将试样表面的油污擦掉,但 允许钢丝绳股间存在少量油脂。 4、试验机 4.1钢丝绳弯曲疲劳试验是钢丝绳试样以一定的包角绕过试验轮，并对其 施加张力，以一定的频率反复弯曲，考核钢丝绳承受弯曲疲劳的性能。 4.2根据最新《钢丝绳弯曲疲劳试验方法》进行钢丝绳弯曲疲劳检测。 4.3选用的弯曲疲劳试验机应该是“绿色”标识且在检定周期内的试验机。
金属疲劳试验主讲教师:
一、实验目的 1. 了解疲劳试验的基本原理。 2. 掌握疲劳极限、S-N曲线的测试方 法。
二、实验原理 1．疲劳抗力指标的意义 目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是通过试验测定其S-N曲线(疲劳曲线)，即建立 最大应力σ max 或应力振幅σ α 与其相应的断裂 循环周次N之间的关系曲线。不同金属材料的S-N曲线形状是不同的，大致可以分为两类，如图1所示。其中一类曲线从某应力水平以下开始出现明显的水平部分，如图1(a)所示。这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。
这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。因此将水平部分所对应的应力称之为金属的疲劳极限，用符号σ R 表示(R为最小应力与最大应力之比，称为应力比)。若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行，则其疲劳 极限以σ -1表示。中低强度结构钢、铸铁等材料的S- N曲线属于这一类。对这一类材料在测试其疲劳极限时，不可能做到无限次应力循环，而试验表明，这类材料在交变应力作用下，如果应力循环达到107周次不断裂，则表明它可承受无限次应力循环也不会断裂，所以对这类材料常用107周次作为测定疲劳极限的基数。另一类疲劳曲线没有水平部分，其特点是随应力降低，循环周次N不断增大，但不存在无限寿命。如图1(b)所示。在这种情况下，常根据实际需要定出一定循环周次(108或5×107…)下所对应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”，用符号σ R(N) 表示。
2．S-N 曲线的测定 (1) 条件疲劳极限的测定 测试条件疲劳极限采用升降法，试件取13根以上。每级应力增量取预计疲劳极限的5％以内。第一根试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。根据上根试件的试验结果，是失效还是通过（即达到循环基数不破坏）来决定下根试件应力增量是减还是增，失效则减，通过则增。直到全部试件做完。第一次出现相反结果（失效和通过，或通过和失效）以前的试验数据，如在以后试验数据波动范围之外，则予以舍弃；否则，作为有效数据，连同其他数据加以利用，按下列公式计算疲劳极限： ()11n R N i i i v m σσ==∑ 1
实验六疲劳试验（示范） 一、实验目的 1、了解测定材料疲劳极限的方法。 2、观察疲劳破坏的现象。 二、实验设备 疲劳试验机有各种类型，用来在不同受力形式下和不同条件下进行试验。常用的是旋转弯曲疲劳试验机，有纯弯曲和悬臂弯曲两种型式。本试验采用纯弯曲式疲劳试验机，其构造示意图如图26（A）所示。试件4的两端被夹紧在两个空心轴1中，两空心轴与试件构成一个整体杆，支持于两个滚珠轴承3上。电动机5通过软轴6使这个整体杆转动。横杆8挂在滚珠轴承2上，处于静止状态。在横杆中央的砝码盘上放置砝码9，使试样中段受纯弯曲（图26—B），最大弯曲正应力为 （A）纯弯曲疲劳试验机示意图（B）试件弯矩图 图26 纯弯曲式疲劳试验机 三、试件 本实验需用一组8～13根材料和尺寸均相同的光滑小试件，直径为d=6～lOmm，表而须磨光，无锈蚀或伤痕，圆角处要光滑过度。 四、实验原理 疲劳破坏与静力破坏有本质的不同。当交变应力小于材料的静强度极限σb时，材料就可产生疲劳裂纹或完全断裂。即使是塑性材料，断裂时也无显著的塑性变形。在疲劳破坏的断口上，一般呈现两个区域，即光滑区和粗粒状区。
材料断裂前所经历的循环次数称为疲劳寿命N，试件所受应力愈小，则疲劳寿命愈长。对钢和铸铁等黑色金属，如果在某一交变应力下经受107次循环仍不破坏，则实际上可以承受无限次循环而不会发生破坏。所以，对这些金属以试件能承107循环所对应的最大应力σ值作为疲劳极限σ-1。 maX 五、实验步骤 1、试件准备 取8~13根试件，检查试件表面加工质量，如有锈蚀或擦伤，用细砂纸或砂布沿试件 轴向抛光加以消除。测量试件的直径。 2、装夹试件 安装试件时必须很仔细，避免灰尘和杂质进入空心轴的锥孔中。将试件牢固夹紧，使试件与试验机的转轴保持良好的同心度。试件安装好后用手慢慢旋转试验机的转轴，用百分表在试件上测得的径向跳动量应不大于0.03mm。然后空载运转，试件的径向跳动量应不大于0.06mm。 3、进行试验 第一根试件的交变应力的最大值约取材料强度极限的60％，即σlmax=0.6而砝码重量 P1二0.6σbπd3/16a。加载前，先开动试验机，再无冲击地将砝码加到P1值，并记录计数器的初读数。试件经历一定次数的循环后，即断裂，自动停机，记下计数器的末读数，两者相减即为试件的疲劳寿命N1。 对第二根试件以同样的过程进行试验，但载荷要比第一根试件略低，记下试件断裂时的循环次数N2。以后逐级降低每根试件的最大应力，开始两相邻载荷的差值可大些，随着载荷逐级降低，其差值越来越小。记下各根试什的循环数Ni，直至试件超过指定的107次循环而未发生破坏时，终止试验。 4、绘制S—N曲线 以σlmax为纵坐标，以lgN为横坐标，根据各次测得的数据在方格纸上描点，即可绘出最大应力与疲劳寿命的关系曲线(S—N曲线)如图27所示。此曲线最后趋于水平，其水平渐近线的纵坐标σ-1，就是材料的疲劳极限。
齿轮接触疲劳强度试验方法（GB/T14229-93） 1主题内容与适用范围 本标准规定了测定渐开线圆柱齿轮接触疲劳强度的试验方法，以确定齿轮接触承载能力所需的基础数据。 本标准适用于钢、铸铁制造的渐开线圆柱齿轮由齿面点蚀损伤而失效的试验。其它金属齿轮的接触疲劳强度试验可参照使用。 4试验方法 确定齿轮接触疲劳强度应在齿轮试验机上进行试验齿轮的负荷运转试验。当齿面出现接触疲劳失效或齿面应力循环次数达到规定的循环基数N。而未失效时（以下简称“越出”），试验终止并获得齿面在试验应力下的一个寿命数据。当试验齿轮及试验过程均无异常时，通常将该数据称为“试验点”。根据不同的试验目的，选择小列不同的试验点的组合，经试验数据的统计处理，确定试验齿轮的接触疲劳特性曲线及接触疲劳极限应力。 4.1常规成组法 常规成组法用于测定试验齿轮的可靠度-应力-寿命曲线（即R-S-N曲线），求出试验齿轮的接触疲劳极限应力。 试验时取4～5个应力级，每个应力级不少于5个试验点（不包括越出点）。最高应力有中的各试验点的齿面应力循环次数不少于1×106。最高应力级与次高应力级的应力间隔为总试验应力范围的40%～50%，随着应力的降低，应力间隔逐渐减少。最低应力级至少有一个试验点越出。 4.2少试验点组合法 少试验点组合法通常用于测定S-N曲线或仅测定极限应力。 试验时试验点总数为7～16个。测定S-N曲线时，应力级为4～10个，每个应力级取1～4个试验点。 测定极限应力时可采用升降法。 采用正交法进行对比试验时，每个对比因素至少有3个试验点。 5试验条件及试验齿轮 5.1齿轮接触疲劳强度试验按下述规定的试验条件和试验齿轮进行（对比试验的研究对象除外），上此可确定试验齿轮的接触疲劳极限应力σHlim。
摘要 轻量化是世界汽车工业发展的主要趋势，轻质材料铝及其合金等的使用是一种有效的途径。目前，大部分汽车车轮已使用铝及其合金做作为材料，利用现代设计方法，在此基础上进一步实现车轮的轻量化则是本文的研究所在。 在研究了CAD软件Pro /E以及有限元分析软件ANSYS的功能及其主要特点后，着重进行了了应用ANSYS对铝合金车轮进行结构强度分析的具体过程。 首先使用Pro/E软件，按照轮辋的国家标准，建构车轮的实体模型;然后把模型导入ANSYS，按2005年中国汽车行业标准中的汽车轻合金车轮的性能要求和实验方法所规定的疲劳实验要求施加荷载;然后进行强度分析和模态分析，分析结果表明，车轮的最大应力远小于铝合金的许用应力，车轮的固有频率满足要求，存在进一步改进的可能和必要。最后，改进车轮模型，改进结果表明，车轮的重量有了显著的减少。 利用CAE分析技术有助于提高汽车车轮的设计水平、缩短设计周期、减少开发成本。该方法具有普遍性，适用于指导任何其言型号车轮的设计和分析。 关键词：铝合金车轮；结构设计；有限元分析；强度分析；模态分析
ABSTRACT Lightweight is the main trends of the world's automotive industry, lightweight materials such as the use of aluminum and its alloys is an effective way. At present, most automotive aluminum and its alloy wheels have been used to do as a material, using modern design methods, based on the further realization of this lightweight wheels is the Institute of this article. In the study of the CAD software Pro / E and ANSYS finite element analysis software functions and the main characteristics, the Emphasis was the application of ANSYS, the structural strength of aluminum alloy wheel analysis of the specific process. First ，uses the Pro / E software, according to the rim of the national standards, building wheel solid model; then the model into ANSYS, by 2005 China's auto industry standard in automotive light-alloy wheels and performance requirements and test methods under the fatigue test requirements defined load and then the strength analysis and the results showed that the wheel is much less than the maximum stress allowable stress of aluminum alloy, there is further improvement possible and necessary. Then, the improved wheel models, improved results show that the weight of the wheels have been significantly reduced. The results show that the use of CAE analysis technology helps improve the design of automobile wheel level, shorten design cycles, reduce development costs. The method is universal, applicable to any of his words and models to guide the design and analysis of the wheel. Key words: Aluminum Alloy Wheels; Structural Design; Finite Element Analysis; Strength Analysis; Modal Analysis
nCode 疲劳耐久性工程高级培训班课程 实用疲劳理论 实用疲劳理论 ?材料的物理性能 ?疲劳载荷 ?应力寿命（S-N）法 ?局部应变法（e-N） 1?2007 nCode 什么是金属疲劳？ What is Fatigue?
Quiz 1: ?How can you break a metal spoon? Quiz 2: ?How can you break a ceramic spoon? Quiz 3: ?Why a metal spoon can be broken, and a ceramic spoon cannot?
金属疲劳失效的原因是什么？ ?外因：载荷的变化 ?内因：金属中有位错 什么是金属疲劳？ ?疲劳是一种机械损伤过程， 在这一过程中即使名义应力 低于材料的屈服强度，载荷 的反复变化也将引起失效 ?疲劳一般包含裂纹萌生和随 后的裂纹扩展两个过程，循 环塑性变形是金属产生疲劳 的主要原因 什么是金属疲劳？ Quiz 4: ?Can you name a metal fatigue failure you experienced?
飞机空难(The De Havilland Comet Story) ?The first passenger jet airliner (1949 -1980) ?Suffered two tragic air accidents due to fatigue failure ?68 people killed as a result ?Order books fell by 50 aircraft ?Ultimately heralded the collapse of the British civil aircraft industry 火车出轨 汽车零部件失效 ?Truck frame ?Manifold ?Bracket ?Crankshaft ?Brake ?Exhaust pipe ?Wheel ?…
结构试验报告结构疲劳试验 道桥08 丁宇 0804110304
结构疲劳试验 中文名称： 疲劳试验 英文名称： fatigue test 定义：为评定材料、零部件或整机的疲劳强度及疲劳寿命所进行的试验。 疲劳简介 疲劳破坏现象的出现，始于19世纪初叶。产业革命以后，随着蒸汽机车和机动运载工具的发展，以及机械设备的广泛应用，运动部件的破坏经常发生。破坏往往发生在零构件的截面突变处，破坏处的名义应力不高，低于材料的抗拉强度和屈服点。破坏事故的原因一时使工程师们摸不着头脑，直至1829年德国人艾伯持用矿山卷扬机焊接链条进行疲劳试验，破坏事故才被阐明。1839年，法国工程师彭赛列首先使用“疲劳”这一术语来描述材料在循环载荷作用下承载能力逐渐耗尽以致最后突然断裂的现象。1843年苏格兰人兰金发表了第一篇疲劳论文，论文中指出，机车车辆的破坏是由于运行过程中金属性能逐渐变坏所致。他分析了车轴轴肩处尖角的有害影响，指出了加大轴肩处的圆角半径可以提高其疲劳强度。1842年Hood(胡持)提出了结晶理论，认为金属在循环应力下的疲劳强度降低是振动引起的结晶化所致。1849年美国机械工程学会还举行了专门会议对此理论进行讨论。 对疲劳现象最先进行系统试验研究的学者是德国人Wholer(沃勒)，他从1847年至1889年在斯特拉斯堡皇家铁路工作期间，对金属的疲劳进行了深入系统的试验研究。1850年他设计出了第一台疲劳试验机(亦称WohLer疲劳试验机)，用来进行机车车轴疲劳试验，并首次使用金届试样进行了疲劳试验。他在1871年发表的论文中，系统论述了疲劳寿命与循环应力的关系，提出了S—N曲线和疲劳极限的概念，确定了应力幅是疲劳破坏的主要因素，奠定了金属疲劳的基础。因此Wholer被公认是疲劳的奠基人。 从19世纪70年代到90年代，戈贝尔研究了平均应力对疲劳强度的影响，提出了戈贝尔抛物线方程。英国人古德曼提出了著名的简化曲线----古德曼图。1884年包辛格在验证沃勒的疲劳试验时，发现了循环载荷下弹性极限降低的“循环软化”现象，引入了应力—应变滞后回线的概念。但是他的工作当时并未引起人们重视，直到1952年邱杨在做铜棒实验时才把它重新提出来，并命名为“包辛格”效应。因此，包辛格是首先研究应力循环的人。 20世纪初叶，开始使用金相显微镜来研究疲劳机制。欧文和汉弗莱1903年在单晶铝和多晶铁上发现了循环应力产生的滑移痕迹。他们通过微观研究推翻了老的结晶理论，指出了疲劳变形是由于与单调变形相类似的滑移所产生。1901年拜尔斯透研究了循环载荷下应力—应变曲线的变化，测定了滞后回线，建立了循环硬化和循环软化的概念，并且进行了多级疲劳试验（程序试验）。在此期间，英国人高夫对疲劳机制的了解贡献很大。他研究了多轴疲劳，说明了弯、扭的复合作用。并在1924年发表了一本巨著《金属疲劳》。 1920年格里菲斯发表了他用玻璃研究脆断的理论计算和实验结果。他发现，玻璃的强度取决于微裂纹尺寸，得出了S√a=常数的关系式（S为断裂时的名义
毕业设计开题报告 学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级 指导教师姓名职称教授从事 专业 车辆工程、 交通工程 是否外聘□是√否 题目名称基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 1、课题研究现状 1）铝合金车轮的起源，发展 长时期内，钢制车轮在车轮制造业中占主导地位，随着科学技术的发展与进步，对车辆安全、环保、节能的要求日趋严格，铝合金车轮以其美观、质轻、节能、散热好、耐腐蚀、加工性能好等特点，逐步取代钢制车轮。铝合金车轮的出现到如今渐渐替代钢制车轮是一个漫长的发展阶段。在20世纪初，一些热衷于赛车的爱好者，为了能使车辆更轻以提高赛车速度，想方设法对车辆各零部件作轻量化的改进，其中车轮是重点减轻的主要对象。1923年，Bugatti公司大胆地将砂型铸造的铝合金车轮装上了赛车，加世纪30年代联邦德国汽车联合会、拜尔(BMW)发动机公司及戴姆勒一奔驰汽车公司，正式将钢制辐条式轮毂与铝制扎制轮辋相结合的车轮装上汽车，为铝合金车轮的发展奠定了基础。二次世界大战和世界性的能源危机大大刺激了汽车商的轻量化需求。1945年汽车厂商纷纷开展批量生产铝合金车轮的研究，重要集中在铝合金车轮的材质和成形工艺方面，但由于车轮的特殊安全要求，仍未能实施批量生产。直至20世纪50年代末，联邦德国还只能少量地生产铝合金车轮。1970年末，拜尔发动机公司率先将铸造铝合金车轮作为特殊部件装到了2002型轿车上，1972年又在双门小轿车上成批装上了铸造铝合金车轮，开始了铸造铝合金车轮批量用于轿车的新局面。 日本铝合金车轮工业是在1970年后至1984年之间快速发展起来的，在1984年的年产量达640万件。意大利在1979年曾生产150万件。到1980年，西欧共生产700多万件铝合金车轮(其中50%是铸造铝合金车轮)，并以年产6%~7%的速度递增。1988年，美国生产的车辆中，铝合金车轮已作为好几种车型的系列部件，Pontiac SE车型的Grand Prix车更是采用了涂装彩色条带状的铝合金车轮。通用汽车公司生产的Gorvette车和另外两种Grand Prix车型也采用了铝合金车轮;Pontiao Fiero 的一种新车采用了表面为黑色的铝合金车轮;Dodge Dynasty车也把花边式样的铝合金车轮装了上去。同年，福特公司在Merkur Scorprio轿车上也装上了铝合金车轮，并把铝合金车轮定为公司系列的标准件。20世纪80年代初，美国原装轿车铝合金车轮装车率大约4%一5%，如今已超过40%。而日本目前轿车铝合金车轮装车率超过45%，欧洲国家超过50%。 我国铝合金车轮工业起步较晚，最早使用铝合金车轮是在20世纪80年代初，国营洪都机械厂
金属疲劳试验 金属疲劳试验大纲 1．通过金属材料疲劳实验,测定金属材料的σ-1(107),绘制材料的S-N曲线,并观察疲劳破坏现象和断口特征,进而学会对称循环下测定金属材料疲劳极限的方法. 2．主要设备:纯弯曲疲劳试验机,游标卡尺;主要耗材:金属材料试样.(单点法需8-10根试样,成组法至少需20根试样.) 金属疲劳试验指导书 在足够大的交变应力作用下，于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。金属因交变应力引起的上述失效现象，称为金属的疲劳。静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。疲劳断口（见图2－30）明显地分为两个区域：较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。裂纹形成后，交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨，光滑区就是这样形成的。载荷的间断和大小的变化，在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的。统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。因此，通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。 图２-30 疲劳试样断口示意图
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σ 1m 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σ1 m 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。