第三章疲劳试验设计与数据处理

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疲劳试验的数据处理

疲劳试验的数据处理堵百城【摘要】With 45 steel as an example, the data processing steps in fatigue test were introduced, including sample data sorting, scatter plot chart drawing, fatigue equation and curve building with regression analysis, the calculation of relative error and residual standard deviation, and reliability-fatigue stress-life equations and curves establishing. The highlight of the discussion is to use matching method for stress of censored life; and establish the fatigue equation with decimal power, with the relative error instead of significant inspection.%以45钢为例,介绍了疲劳试验数据处理的步骤:整理样本数据,画散点图,用回归分析建立疲劳方程和曲线,计算相对误差,计算残差标准差,建立可靠度一疲劳应力一寿命方程和曲线.讨论的重点是用配对法求得的应力作为截尾寿命的应力；建立带小数幂的疲劳方程；用相对误差代替显著性检验.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2013(049)003【总页数】4页(P158-161)【关键词】截尾寿命;数据处理;疲劳方程;疲劳曲线【作者】堵百城【作者单位】无锡市机电研究所,无锡214062【正文语种】中文【中图分类】TB302.3;TG115.5+7在循环载荷作用下，即使应力远低于材料的屈服强度，试样也会发生断裂，这种现象称为疲劳。

疲劳试验报告

疲劳试验报告一、实验目的本次实验旨在研究材料在反复受力情况下的变化规律，验证其疲劳寿命，并探究不同应力水平对疲劳寿命的影响。

二、实验方法1. 实验材料：本次实验使用的是工程塑料材料。

2. 实验设备：万能试验机、计数器、计时器、电脑数据采集系统。

3. 实验步骤：（1）将实验样品加工成标准梁形状。

（2）将试样放入电子拉力试验机中，在预设的负载范围内进行往复载荷试验。

（3）记录试验过程中的应力、应变、位移等数据，并通过电脑数据采集系统保存到电脑中。

（4）当试样发生裂纹或断裂时，停止试验，并记录下此时的载荷数和疲劳寿命。

（5）根据实验得到的数据，绘制应力-循环数曲线，计算出试样的疲劳极限、疲劳寿命等指标。

三、实验结果分析1. 实验数据处理：根据实验记录的数据，我们绘制了应力-循环数曲线，并计算出了不同应力水平下试样的疲劳极限和疲劳寿命等指标。

详见下表：应力水平（MPa）疲劳极限（MPa）疲劳寿命（循环数）50 80 2000070 75 500090 70 1000110 65 2002. 结果分析：通过对实验得到的数据进行分析，可以得出以下结论：（1）随着应力水平的提高，试样的疲劳极限和疲劳寿命均明显降低。

（2）在低应力水平下，材料的疲劳寿命较长，可以长时间稳定地工作。

而在高应力水平下，材料易发生断裂和破坏，疲劳寿命也明显缩短。

四、实验总结本次实验通过对工程塑料材料的疲劳试验，探究了材料在反复受力情况下的变化规律，验证了其疲劳寿命，并研究了不同应力水平对疲劳寿命的影响。

实验结果表明，在低应力水平下，材料可稳定地工作较长时间；而在高应力水平下，材料易发生断裂和破坏，疲劳寿命明显缩短。

通过这次实验，我们对材料的疲劳特性有了更深入的了解，对于材料的选用和应用具有一定的参考价值。

疲劳试验数据处理及P-S-N曲线的作用

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弃。而第一次出现的相反结果点３和试验可能采用不同的符号，以下
点４的应力平均值（＋），Ｓ２Ｓ３２，就同。）；Ｓ为试验总次数：为各级
１１试验方法．
采用升降法进行疲劳试验，一是常规试验法给出的疲劳极限值。
试验负荷；为第ｉ级试验负荷下进行
１般按下述程序进行。试验从高于疲同样，第二次出现的相反结果点５和的试验次数；门为试验负荷的级数。的应力平均值，也相当于常规试１３应用实例．劳极限的应力水平开始，然后逐级点６
型应用。
■ 第一汽车集团公司技术中心材料部何才
随着疲劳试验研究的不断发没有破坏（出），故依次进行的化简后得到：越
展，有限寿命设计在各工业部门的第五根试件就在高一级的应力Ｓ下ｚ广泛开展和新工艺、新材料的研进行试验。依此类推，凡前一根试Ｏ循环破坏，则随后的一次制，都要求提供准确可靠的疲劳性件不到１

金属材料疲劳试验与数据处理方法_白鑫

如ＩＳＯ１２１０７－２００３［４］所述，“即使疲劳试验控制得非常精确，疲劳寿命也会显示出很大的差异。
收稿日期：２０１５－０４－２８基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１３３５００３）；高等学校博
士学科点专项科研基金资助项目（２０１１００４２１３０００３）作者简介：白鑫（１９８８－），男，博士研究生。通讯作者：谢里阳（１９６２－），男，教授，博士生导师。
近期，谢里阳等提［１９－２０］出了样本集聚原理，该方法在高周疲劳区域处理小样本的数据时有一定的优势。以下主要介绍传统成组法和样本集聚原理，并通过疲劳寿命曲线族，对比、分析该两种方法之间的差异。１．１成组法
为了得到Ｓ－Ｎ曲线，ＩＳＯ１２１０７－２００３［４］建议了成组法。成组法，即由各级应力水平下的疲劳寿命试验数据组成一个样本，并直接对其进行统计计算。为保证统计结果的准确性，需对样本量设置最低限，一般情况下，每组数组至少需要１５个数据。
关键词：疲劳；疲劳试验；疲劳寿命；规定寿命下的疲劳强度；概率分布
中图分类号：ＴＧ１１５．５；ＴＨ１２２文献标志码：Ａ文章编号：１００１－４０１２（２０１５）０６－０３７５－０６
ＦａｔｉｇｕｅＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＴｈｅｉｒＤａｔａＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＭｅｔｈｏｄｓｏｆＭｅｔａｌｌｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ

动态疲劳试验数据处理及分析方法研究

动态疲劳试验数据处理及分析方法研究动态疲劳试验是材料疲劳性能评价的重要手段之一，其目的是通过加载试验，在模拟实际工程环境下，评估材料的疲劳性能指标。

动态疲劳试验数据处理及分析方法的研究，对于疲劳寿命的预测以及相关工程应用具有重要的意义。

一、动态疲劳试验数据处理方法1. 原始数据的预处理原始数据预处理包括数据录入、校验、清洗、处理等环节，其中数据录入是第一步，其正确性对于后续数据处理及分析具有重要影响。

数据校验主要是针对采集的数据进行校验，以确保数据的准确性和完整性。

数据清洗主要针对原始数据中存在的异常值，采用各种数据清洗方法对其进行剔除或纠正。

数据处理主要是对原始数据进行预处理，如数据平滑、插值、去噪等，以便后续分析。

2. 异步采样数据的同步处理在实际试验中，由于设备等原因，会出现数据采集的异步问题，即采集到的数据与试验次数不对应。

这时需要对异步采样数据进行同步处理，以确保数据的准确性和可靠性。

3. 时间序列数据的特征提取动态疲劳试验所采集的数据通常呈现出一定的时间序列特征，如周期性、高斯分布等。

对于这些数据，需要进行时间序列分析和特征提取，以便进一步进行数据分析和建模。

二、动态疲劳试验数据分析方法1. 基于统计学的分析方法通过对试验数据进行统计学分析，可以得到试验数据的分布特征，如均值、方差、标准差、偏度、峰度等。

同时还可以利用这些统计学参数对试验数据进行分类和预测。

2. 基于机器学习的分析方法机器学习方法是一种新兴的数据分析方法，它以数据驱动为基础，通过学习数据的特征和规律，进而进行数据分析和预测。

在动态疲劳试验数据分析中，可以利用机器学习方法对试验数据进行分类、聚类、异常检测、预测等。

3. 基于模型的分析方法模型方法是一种经典的数据分析方法，它通过建立数学模型来描述数据和规律，进而进行数据的分析和预测。

在动态疲劳试验数据分析中，可以利用模型方法建立试验数据的疲劳寿命预测模型，以预测试验数据的寿命。

混凝土疲劳试验方法

混凝土疲劳试验方法一、前言混凝土是一种常用的建筑材料，其强度和耐久性是衡量其质量的重要指标。

然而，在长期使用和受外界条件影响的过程中，混凝土材料会逐渐产生疲劳现象，导致其强度和耐久性下降，影响其使用寿命。

因此，深入研究混凝土的疲劳性能是非常必要的。

混凝土疲劳试验是评估混凝土材料疲劳性能的有效方法。

本文将介绍混凝土疲劳试验的方法，包括试件制备、试验设备、试验步骤、数据处理和结果分析等方面内容。

二、试件制备试件制备是混凝土疲劳试验的重要环节。

试件的制备质量直接影响试验结果的准确性和可靠性。

试件制备应遵循以下原则：1.试件材料应符合设计要求，如强度等级、配合比、骨料种类等。

2.试件尺寸应符合规定，常用的试件尺寸有100mm×100mm×400mm、150mm×150mm×600mm等。

3.试件表面应平整，不允许出现明显的裂缝、凸起、凹陷等缺陷。

4.试件配筋应符合设计要求，应保证试件内部的应力均匀分布。

5.试件应进行充分的养护，以保证其强度稳定。

三、试验设备混凝土疲劳试验需要用到一些特殊的试验设备，主要包括以下内容：1.万能试验机：用于加载试件，测定试件的强度和变形等性能。

2.疲劳试验机：用于模拟混凝土在长期交变荷载下的疲劳破坏过程，测定试件的疲劳性能。

3.温控器：用于控制试验室温度，保证试验环境的稳定性。

4.计时器：用于记录加载时间和循环次数等数据。

5.数据采集系统：用于采集试验数据，如应力、应变、位移等。

四、试验步骤混凝土疲劳试验的基本步骤如下：1.试件制备：按照规定的试件尺寸和配筋要求制备试件。

2.试件标记：在试件上标记试验编号、试件尺寸、配筋情况等信息。

3.试件养护：对试件进行适当的养护，以保证试件强度的稳定。

4.试件称重：称重记录试件质量。

5.试件测量：测量试件尺寸、配筋情况、表面平整度等。

6.试件加载：将试件放置在万能试验机上，进行预加载，然后进行疲劳试验。

疲劳实验

疲劳实验
实验目的：了解疲劳破坏特征。

了解疲劳实验的方法。

（测疲劳极限？）
实验原理：在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值
max min /σσ=r
称为循环特征或应力比。

在r 一定的情况下，如试样的最大应力为某一值时，经过N 次循环后，发生疲劳失效，则称N 为此应力下的疲劳寿命。

在同一循环特征下，最大应力越大。

则寿命越短。

最大应力与寿命的关系曲线见图（1）。

图（1）
实验方法：按照金属轴向或纯弯疲劳实验方法进行实验。

试样：一批试样需8～13根，按国标的要求加工，从毛坯到试样制成，要
经过机械加工、热处理、尺寸测量、表面检验等一系列措施。

如进行光滑试样测试，则试样表面必须光滑（Ra>0.4）
实验设备：
1、高频疲劳实验机
频率：80～250Hz
能力：100kN
负载形式：拉压，对称循环最大±50kN
2、纯弯疲劳试验
试样受力见图（2）
图（2）
负载形式：纯弯曲
最高转速：100000rpm/min
疲劳破坏特征：
它是一种潜在的失效方式，在静载荷下无论显示脆性与否，在疲劳断裂时都不会产生明显的塑性变形，而断裂是突发的没有预兆。

构件上存在表面缺陷（缺口、沟槽），即使在名义应力不高的情况下，由局部的应力集中而形成裂纹，随着加载循环的增加，裂纹不断扩展，直至断裂。

图（3）。

第三章疲劳应用统计学基础

(3-6)
可见，求正态分布函数F(x)，只需求得标准正态分布函数Φ(u)即可。标准正
态分布函数Φ(u)之值，可由正态分布函数表查得。表3-1列出了若干常用值。
表3-1 若干常用正态分布函数值
u Φ(u)×100 -3.719 0.01 -3.090 0.10 -3.000 0.13 -2.326 1.00 -2.000 2.28 -1.645 5.00
n是子样中xi的个数，称为样本大小（或样本容量）。
子样方差s2定义为：
∑ ∑ s2
=1 n −1
n 1
( xi − x)2
=
1( n −1
xi2
−
2
nx )
(3-9)
方差s2 的平方根 s，即子样标准差，是偏差(xi- x )的度量，反映了分散性的大小
。注意到(3-8)式，所有n个偏差的总和为零，故只有(n-1)个偏差是独立的。
若u<0或Φ(u)<0.5，可利用Φ(-u)=1-Φ(u)的关系求解。
三、给定疲劳寿命下的破坏概率估计
疲劳统计分析的任务是要回答：在给定的应力水平下，寿命为N时的破坏（或存活）概率是多少？或者说在给定的破坏（或存活）概率下的寿命是多少？
现在，在对数疲劳寿命服从正态分布的假设下，来讨论如何回答上述问题。
为99.9%的安全寿命 Np=103 千周的估计，只有50%的把握。若要估计置信度γ=95%, 存活率 R=99.9%的安全寿命，可先由n=10, p=1-R=0.001, γ=95%；查表3.2得到 k=-5.156; 再由(3-11)式求得：
u Φ(u)×100 2.000 97.72 2.326 99.00 3.000 99.87 3.090 99.90 3.719 99.99

机械零件课程中的疲劳试验设计及分析

机械零件课程中的疲劳试验设计及分析张旦闻α摘　要　在机械零件的教学中开设了一个可观测疲劳全过程的试验,拍摄了各阶段典型疲劳裂纹形貌的教学图片.介绍了这项试验的实施和试验内容,分析了这项试验对机械零件课程教学的联系与作用.关键词　疲劳试验,机械零件,试验课分类号　G 642;T G 111.8在机械零件课程的教学过程中,变载荷作用下机械零件的疲劳失效分析和计算问题贯穿于整个教学内容之中,成为机械零件课程教学的重点和难点,学生对于基本疲劳理论的理解和对疲劳的感性认识非常重要.但纵观机械专业教学的全过程,始终没有针对疲劳问题开设相应试验来加强学生对于这一概念的理解和认识.而在以静力学为主的材料力学的教学过程中,有关疲劳的试验教学几乎是空白.学生在进入机械零件等专业课程有关疲劳的分折、计算和工艺设计的学习过程中,往往会感到学习困难、吃力、缺乏灵活运用和综合分析的能力,教学效果受到影响.综上所述,在机械零件课程中开设紧扣教学内容的疲劳试验十分必要.初步的教学实践表明:这样能激发学生对机械设计课程的学习兴趣,进一步提高学习效率和教学质量,简化课堂教学内容,加深了学生对疲劳问题的实践认识,为从事其它机械设计打下基础.开设疲劳试验的困难在于疲劳裂纹是在材料内部发生的,用于科学研究的接触疲劳试验只能得到最终的试验数据和疲劳剥落外貌,而不能对疲劳发展过程进行连续观测,因而不宜将这种试验直接引入到教学中去.为此我们要对试验设备和试样进行改造,围绕教材和课堂教学制订试验教学内容,促进机械零件教学质量更进一步提高.1　试验设备及试样结构接触疲劳试验是在改进的JPM —1型接触疲劳试验机上进行的.由于试验时间短(1小时以内),可去掉冷却装置.为简化操作,我们省去了灵敏度自动控制系统,使其运转简单可靠、维护方便.对试样的结构改进尤为重要,将原来对称式试样改为非对称式结构,如图1所示,其目的是使疲劳裂纹发生外端的圆柱面上,以便观测.在接触应力的作用下试样的疲劳裂纹首先在预先抛光过的外端面上产生并扩展,通过定时停机,取下试样,对裂纹进行显微观测,使学生了解疲劳裂纹的萌生、扩展过程,裂纹在不同应力作用下的扩展第13卷第2期1998年6月洛阳大学学报JOU RNAL O F LUO YAN G UN I V ER S IT Y V o l .13N o.2Jun .　1998α作者单位:洛阳大学机械工程系,河南省洛阳市,471000收稿日期:1998—03—05图1　试样结构速度以及硬度对疲劳寿命的影响等.2　接触疲劳试验内容试样的工作应力ΡH设在高应力区(如材料为GC r15为3500M Pa左右).试样预先作端面金相抛光处理,具体试验内容和步骤如下:(1)在试验加载运行10分钟后,卸下试样、用有机溶剂清洗试样抛光表面,然后在金相显微镜下寻找试样端面次表层(距接触表1mm内的环形区域)的裂纹.选择2至3个裂纹作为观测对象,并在试样相应位置上作上记号以便下一次对同一裂纹作跟踪观测.裂纹在萌生扩展阶段的形态如图2所示.(2)在裂纹扩展阶段、测量裂纹的扩展速度.当机器以恒速运行条件下,测量裂纹长度与时间的关系.(3)比较不同硬度的试样在相同应力状态下裂纹扩展速度和疲劳寿命的区别或比较相同试样在不同应力下裂纹扩展速度的不同.图2　裂纹在萌生扩展阶段的形态3　试验与教学内容的联系首先,根据试验观测,疲劳裂纹起源于材料的缺陷部位,这种缺陷以冶金夹杂物为・9・洛阳大学学报 1998主[1].裂纹萌生时间占试样疲劳寿命的10%左右,而裂纹的扩展期较长,从裂纹进入扩展直至疲劳断裂所对应的时间占试样疲劳寿命的90%左右[2].由此说明:材料的内部缺陷诱发裂纹产生,而裂纹的扩展以及裂纹之间的相互连通最终导致疲劳点蚀1因此,减少材料内部缺陷对疲劳寿命至关重要.冶金夹杂物的数目是随着零件尺寸的增大而增加,这就对机械零件疲劳强度计算中引入绝对尺寸系数ΕΡ,ΕΣ(螺拴和轴疲劳强度计算中的尺寸系数Ε以及齿轮弯曲疲劳强度计算中的尺寸系数Y x 的必要性加以论证.第二,通过试验观察,学生了解到疲劳裂纹起源于接触面的次表层上,进而向表面扩展.说明这种表面失效形式与试样表面机械性能有密切的联系1在选择齿轮材料的基本要求、疲劳失效分析、提高齿轮抗疲劳点蚀能力的措施以及润滑油粘度选择等内容的教学中,就可通过试验加以生动的说明.需要说明的是:硬度和韧性之间有一个合理组合的问题并不是一味提高硬度就一定能提高接触疲劳强度.轴承钢只有当HRC =62时接触疲劳强度最高,而硬度过高其接触疲劳强度有所下降[3].第三,试样卸载后其内部的裂纹随下一次加载而继续扩展,直至断裂的现象是疲劳损伤积累理论的一个佐证.在学习“把非稳定变应力(Ρi ,n i )转化成稳定变应力(Ρ,n e )后就使得应力Ρ循环n e 与诸应力Ρi 各自循环n i 次对材料所造成的损伤相当”[4]的计算理论时,学生就容易接受和理解,减少了这一部分的教学难度.在处理复杂载荷作用下的机械零件疲劳强度的问题时就不再困难了.4　疲劳试验课程安排由于疲劳试验的特殊性,试验前实验教师应将试验机、试样、金相显微镜准备好.试样可按不同硬度、不同材料分成2～3组.试验应力设置在快速疲劳区,使试样的疲劳寿命在30～50分钟左右(也可以在试验前对试样进行抛光,加载运行产生合适的裂纹后,再由学生继续试验).显微镜为200倍和50倍两种,并配以测微目镜以便读数.每班分成2～3组,开机10分钟后,第一组进行试样观测,第二组换上不同试样在相同或不同应力下试验.以此循环直至试样疲劳破坏.实验教师2名,一个负责疲劳实验机,指导学生正确的使用和安装试样.另一名负责金相抛光和显微观测.实验教师在实验前结合典型的疲劳裂纹图片进行讲解说明,根据实验内容提出实验的基本要求和注意事项,布置思考题,进一步加深对课堂理论概念的理解.任课教师可结合实验数据、图片在不同章节对实验结果进一步的分析,在学生具备一定实践的认识以后,课堂教学内容适当精简,调动学生的自学能力,通过课堂讨论、讲评达到教学目的.由于疲劳实验与教材的不同章节、不同研究对象发生联系.需要教师在实验安排和实验内容上结合教材与实验教师密切合作,组织好疲劳实验和裂纹观测这两个环节,就一定能达到预期的实验教学目的.参考文献1　陈清.金属热处理学报,1989(12)2　邵尔玉.W EA R ,1990,(12)3　吴宗泽.机械零件1中央广播电视大学出版社,19934　曹仁政.机械零件.北京:冶金工业出版社,1985・19・第2期张旦闻:机械零件课程中的疲劳试验设计及分析 Fa tigue Test D esign and Ana lysis of M echan ica l Parts CourseZhang D anw ei(D epartm en t in M echan ical Engineering )AB STRA CT In m echan ical parts cou rse ,a test on ob servab le fatigue p rocess is offered .T each ing charts of typ ical fatigue crack ing fo r m are sho t .T he enfo rcem en t and con ten ts of th is test are in troduced .A nd the teach ing connecti on and acti on to m echan i 2cal p arts cou rse fo r th is test are analyzed .KEY W ORD S fatigue test ,m echan ical parts ,test cou rse(上接80页)The CA I Teach i ng Sof tware i n GraphCourse of Eng i neer i ng Spec i a l ityYu L ili(D epartm en t of E lectron ic Engineering )AB STRCT A cco rding to teach ing charateristics of grap h cou rse fo r engineering speciality ,u sing A u to CAD as developm en t p latfo r m ,an i m p lem en tati on of design ing CAD is pu t fo r w ard .KEY W ORD S com pu ter softw are ,CA I ,exam inati on questi on s bank ・29・洛阳大学学报 1998。

疲劳试验方案

疲劳试验方案1. 引言疲劳试验是一种用于评估材料或结构在长期循环加载下的耐久性能的实验。

它模拟了实际使用条件下材料或结构的疲劳行为，可以帮助工程师确定材料或结构的寿命和安全性。

本文档将介绍一种常见的疲劳试验方案。

2. 实验目的本文档的目的是提供一种疲劳试验的方案，以评估某种材料在循环加载下的耐久性能。

具体目标如下：•确定材料的疲劳寿命；•分析材料的疲劳失效模式；•评估材料的疲劳强度。

3. 实验装置和材料本实验所需的装置和材料如下：•万能试验机：用于施加循环加载；•疲劳试验夹具：用于固定和加载试样；•试样：选择与实际应用接近的材料，根据需要制作相应的试样形状和尺寸；•数据采集系统：用于记录加载过程中试样的应力和应变。

4. 实验步骤本实验的步骤如下：4.1 准备工作•根据实际需求，设计制作符合标准尺寸要求的试样；•将试样固定在疲劳试验夹具上，并保证试样的稳定性；•连接数据采集系统并设定合适的采样频率。

4.2 确定初始载荷•选择适当的载荷水平，并将其作为初始载荷；•将起始载荷应用于试样，并记录试样的应力和应变。

4.3 施加循环加载•根据疲劳试验要求，确定加载的循环次数；•将试样放入万能试验机，并施加规定的加载循环；•通过数据采集系统记录加载过程中试样的应力和应变。

4.4 监测试样的疲劳寿命•在加载过程中，监测试样的疲劳寿命；•当试样发生疲劳失效或达到预定的疲劳寿命时，停止加载，并记录此时的应力和应变。

4.5 分析结果•分析试样的疲劳寿命和失效模式；•根据实验数据，计算并评估试样的疲劳强度。

5. 数据处理与分析本实验所得的数据可以通过以下步骤进行处理和分析：•绘制应力-循环次数曲线，用于预测材料的疲劳寿命；•分析试样的疲劳失效模式，例如裂纹、断裂等；•根据加载过程中的应力和应变数据，计算试样的疲劳强度。

6. 实验注意事项在进行疲劳试验时，需要注意以下事项：•确保试样的制备质量，避免制备过程中的缺陷或损伤；•控制试样的加载速率，使其保持稳定；•注意试样的温度变化，避免温度对疲劳行为的影响；•定期检查实验装置和仪器的运行状态，确保其正常工作。

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• 第二节疲劳及其分类 • 一、疲劳概念 • 材料和机械零部件在交变应力作用下，在应力远远低于材料的屈服强度ζs的若干个循环下发展的突然断裂现象。 • 由于疲劳结果存在很大的分散性，因此在疲劳试验中要采用数理统计学的方法处理数据及合理安排试验程序。 • 研究指出：疲劳裂纹形成寿命存在很大的分散性，而疲劳裂纹的扩展寿命分散性较少。
• 2、从数学方法上考虑基于概率的观点：在同一试验条件下，取得过大或过小的观测值是属于小概率事件，根据小概率事件几乎不可能出现的原理来确定取舍的准则。介绍一种常用的“肖维尔准则”。该准则基于正态分布理论。 μ、ζ分别由子样平均值 x 和标准差s来估计。在一组n个观测值中，当可疑值xm小于下限a或大于上限b时，则xm可以取舍。取舍区间是用一个小概率1/(2n)来确定的。例如：n=11, 1/(2n)=4.55%。此时a点以左正态曲线以下包围的面积4.55%的一半。
• 试验机技术指标： • 最大动态试验力 ±500KN • 试验频率 0.01~20Hz • 试验波形正弦波、方波、三角波、斜波、程序块。 • 夹头之间距离不小于1000mm • 立柱间距尺寸 930×930mm • 工作台 1500×1500mm
• 2、高频疲劳试验机 • 工作原理：采用电磁激励，使试件（弹簧）共振原理。
质量m1 试件的弹性变形 m1 砝码质量m0 m0
振荡系统
其他弹性质量
工作台m0 逆质量m0
• （1）机器的谐振频率是以试样的刚性和砝码质量m1的大小改变来决定。 • （2）砝码质量分为8级，可改变砝码质量来调节频率。 • （3）松开砝码螺丝，电磁激活产生共振而运行。 • （4）当激振器产生的激振力的频率和相位与振荡系统的固有频率一致时，系统便发生共振，这时配置质量在共振状态下产生的惯性力往复作用在试样上，来完成对试样的疲劳试验。
四柱式动静液压伺服疲劳试验机
高频疲劳试验机
• 二、疲劳试验机的工作原理 • （1）动静液压伺服疲劳试验机 • 组成：油源（液压泵）伺服阀作动器（液压油缸）传感器（压力、位移）试件。 • 工业控制计算机：（1）伺服阀的控制，产生疲劳试验载荷；（2）压力传感器信号采集及其处理；（3）位移传感器信号采集及其处理；（4）油源的开启停止等控制。 • 工作主机---主机框架，安装作动器和安装试件。
• 二、应力集中对疲劳强度影响极大，是各种影响因素中起主要作用的因素。实际构件或多或少存在应力集中，目前对高周疲劳广泛地采用缺口试样进行疲劳试验，以模拟实际构件的应力集中状态。 • 三、疲劳试样组成试验段、夹持部分及二者之间的过渡部分。 • 四、试样制备应主要的问题 • （1）切去毛坯时，要注明取材的部位，并按一定位置顺序标号。 • （2）对试样进行机械加工时，需要防止表面的冷作或过热，同时保证同心度，避免试验段横截面偏心。 • （3）对试样热处理工序的安排，根据热处理的目的而定。 • （4）对抛光后的试样的试验段进行尺寸测量时，应当注意不要使试样表面受到划伤。 • （5）对已制备好的试样应当进行表面质量的检验，甚至需要内部质量的检验。如X探伤等。
• 弯曲载荷下的常规单点疲劳试验： • （1）先用ζ-1=0.47ζb的近似公式估算材料疲劳极限ζ-1。 • （2）对于ζb＜800MP的钢，第一根试样的应力取为ζ1=1.3 ζ-1 ；对于ζb ＞800MP的钢，第一根试样的应力取为ζ1=1.12 ζ-1 。 • （3）第二根试样的应力与第一根试样的破坏循环数有关。当N1＜ 2×105次循环时，第二根试样的应力ζ2=ζ1－20MP；当N1＞2×105次循环时， ζ2=ζ1＋20MP。这样，头两根试样确定出的是S—N曲线的上面部分。 • （4）第三根试样应力的选择与头两根试样的破坏循环数有关。当N1 （或N2）=（1~3.5）×105次循环时，ζ3=0.86 ζ1（或ζ2）；当N1（或 N2）=（3.5~10）×105次循环时， ζ3=0.88 ζ1（或ζ2）。 • （5）第四根试样的应力规定 • ①如果第三根试样在N=107次循环没有破坏：当ζ1 ＜ζ2时， ζ4=（ζ3+ ζ1 ）/2；当ζ1 ＞ζ2时， ζ4=（ζ3+ ζ2 ）/2。 ②如果第三根试样在N3 ＜ 107次下破坏了，则ζ4=ζ3-（20~30）MP。因此，应力ζ4接近于ζ-1。 • （6）若ζ3和ζ4中有一根试样在107次循环以前破坏，另一根试样在107 次循环时未破坏，则第五根试样的应力选择为（ζ3+ ζ4 ）/2；若ζ3和ζ4 均在107次循环以前破坏，则ζ5=ζ4-（20~30）MP。 • 若第五根试样到试验循环基数时未破坏，则疲劳极限等于ζ5和比它高一级的破坏应力的平均值；若第五根试样到试验循环基数以前破坏，则疲劳极限等于ζ5和比它低一级的破坏应力的平均值。
• 三、单轴和多轴疲劳试验 • 单纯从所受应力状态来分析，则疲劳大体上可分为单轴和多轴疲劳。 • 单轴疲劳——是指材料或零件在单向循环载荷作用下所产生的失效现象。零件只受单向正应力（应变）或单向切应力（应变），如只承受单向拉—压循环应力，弯曲应力或扭转循环应力。 • 多轴疲劳——是指多向应力或应变作用下的疲劳，也称为复合疲劳。多轴疲劳损伤发生在多轴循环加载条件下，加载过程中有两个或三个应力（或应变）分量独立地随时间发生周期性变化，应力分量可以是同相位的，按比例的，也可以是非同相的、非比例的。 • 各种压力容器、航天飞行器、核电站、交通运输工具中的一些重要零件通常是承受复杂的多轴比例与多轴非比例交互循环载荷的作用。 • 早期处理复杂应力状态下的多轴疲劳问题时，将多轴问题利用静强度理论等效成单轴状态，然后利用单轴疲劳理论处理复杂的多轴疲劳问题，这种的处理方法在处理比例加载下的多轴疲劳问题是有效的。但实际工程结构和设备的重要结构零部件，很多是在非比例多轴加载作用下服役。
• 五、各种疲劳试样 • 1、光滑试样有四种：轴向加载试样（圆试样和光滑板试样）、平面弯曲试样、旋转弯曲试样和扭转试样。
轴向加载光滑圆试样和光滑板试样
悬臂式平面弯曲疲劳试样（多危险截面）
悬臂式旋转弯曲疲劳试样（多危险截面）
悬臂式旋转弯曲疲劳试样（单危险截面）
纯弯式旋转弯曲疲劳试样
• 2、缺口试样 • 对于带边缘缺口、中心圆孔和沟槽等试样统称为集 K / 或 K / 中因素Kt值。
• （3）按应力状态可以分为单轴疲劳和多轴疲劳； • 单轴疲劳------单向正应力或单向切应力。例如：单向拉—压疲劳，弯曲疲劳或扭转循环应力。 • 多轴疲劳------多向应力作用下疲劳（复合疲劳）。例如：弯扭复合疲劳，双轴拉伸疲劳，三轴应力，拉伸—内压疲劳，缺口处的应力状态也往往是多轴疲劳。
• （4）按载荷变化情况可以分为恒幅疲劳、变幅疲劳和随机疲劳； • 恒幅疲劳---载荷中，所有峰值载荷相等和所有谷值载荷相等的。 • 变幅疲劳---所有峰值载荷不等和所有谷值载荷不等，或两者均不相等的载荷。 • 随机疲劳---疲劳载荷中，峰值载荷和谷值载荷及其序列是随机出现谱载荷。幅值和频率都是随机变化的，而是不确定的。 • （5）按载荷工况和工作环境分为常规疲劳、高低温疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和冲击疲劳。
第三节疲劳试样及其制备
• 一、典型材料疲劳试样：光滑试样、缺口试样、低周疲劳试样和疲劳扩展试样。 • 光滑试样、缺口试样----用于测试高周疲劳裂纹形成寿命。 • 低周疲劳试样----在高应力水平下通过对循环应变控制承受载荷，测试低周疲劳裂纹形成。 • 疲劳扩展试样----用于测试裂纹扩展寿命。
• 舍弃原则：
计算 x 和s时，应将xm 这一数值考虑在内。
第五节常规的单点试验法
• 一般是先根据材料的抗拉强度ζb估算一个疲劳极限值，然后再在估算值高一定百分数的应力水平下开始进行疲劳试验，以后再根据前一根试样的疲劳寿命逐步降低应力进行下根试样的疲劳试验，直至有一根试样到试验基数以后不发生断裂为止。不断试样与相邻应力水平的应力平均值----疲劳极限。 • 一般准备10根材料和尺寸均相同的一组试样，5~7供试验用，其它作备用。
t max min
t max min
• 3、低周疲劳试样 • d=6.35、10、12.5
• 4、疲劳裂纹扩展试样 • 测定da/dN试验采用紧凑拉伸CT和中心裂纹拉伸CCT两种标准试样。
• 对于CT试样：W a (4 )(Kmax / p 0.2 )2
p 0.2 ) • 对于CCT试样： W 2a 1.25P max / ( B
• 由于疲劳性能的分散性，常规法求出的疲劳极限很不精确，要想求得精确的疲劳极限，必须使用升降法。为了减少试样数，高镇同教授在“配对”理论基础上，提出了节约试样的小子样升降法。 • 实验前先用常规法或估算法估算出粗略的疲劳极限值，然后根据估算的疲劳极限值确定出应力级差，试验时先在略高于疲劳极限估算值的应力下开始试验。若第一根试样在达到试验基数以前破坏，则下一根试样的试验应力降低一个级差；若第一根试样在达到试验基数时未破坏（即越出），则下一根试样的试验应力增加一个级差。以后的试样，也都按与此相同的方法继续进行试验。下图为这种方法进行试验的一个典型升降图，图中“×”表示破坏；“○”表示为破坏。
• 疲劳试验结果的要求： • 当疲劳极限在100MP以内时，疲劳极限的两级应力之差一般不应高于3MP。 • 当疲劳极限在100~200MP，不高于5MP。 • 当疲劳极限在200~400MP，不高于10MP。 • 当疲劳极限大于400MP，不高于15MP。 • 用逐点描迹法画出S—N曲线
第六节小子样升降法
• 二、疲劳的分类 • （1）按研究对象可以分为材料疲劳和结构疲劳； • 材料疲劳---研究材料的S—N曲线、失效机理和化学成分、微观组织对疲劳强度的影响。 • 结构疲劳---以零部件、接头以至整机为研究对象。研究他们的疲劳性能，抗疲劳设计方法，寿命评估方法和疲劳试验方法，形状、尺寸和工艺因素的影响，以及提高疲劳强度方法。