材料疲劳_材料疲劳试验

　　材料疲劳是一种结构在循环载荷作用下出现失效的现象。即使材料受到的应力远低于材料的静态强度，也可能会发生这种类型的结构损伤。疲劳是造成机械结构失效最常见的原因。

　　组件在反复载荷作用下导致最终失效的过程，可以分为三个阶段：

　　在多次循环作用下，材料损伤在微观层面不断发展，直到形成宏观裂纹。

　　在每次循环中，宏观裂纹都会不断增长，直至达到临界长度。

　　当出现裂纹的组件无法继续承受峰值载荷时，就会发生断裂。

　　在某些应用中，我们无法观察到第二阶段的变化。这种情况下，裂纹在微观尺度上快速增长，导致组件突然失效。

　　后两个阶段的细节通常属于断裂力学 领域的研究内容。疲劳 这一术语主要适用于一阶段。然而，这些学科之间存在一些重叠，测得的疲劳循环次数往往还包含后两个阶段。由于组件的大部分寿命都消耗在了出现宏观裂纹之前，因此，大多数设计方案都会尽可能避免出现此类损伤。

　　金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。

　　1、单点疲劳试验法适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。该种方法在试样数量受限制的情况下，可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机。

　　2、升降法疲劳试验法升降法疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种比较常用而又精确的方法，在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度无法通过试验直接测定的情况下，一般采用升降法疲劳试验间接测定疲劳强度。

　　主要用于测定中、长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机。

　　3、高频振动疲劳试验法常规疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz，无法精确测得一些零件在高频环境状态下的疲劳损伤。高频振动试验利用试验器材产生含有循环载荷频率为1000Hz左右特性的交变惯性力作用于疲劳试样上，可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究。

　　高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括：控制仪、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等。

　　4、超声法疲劳试验法超声法疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法，其测试频率(20kHz)远远超过常规疲劳测试频率(小于200Hz)。超声疲劳试验可以在不同载荷特征、不同环境和温度等条件下进行，为疲劳研究提供了一个很好的手段。超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验，主要针对10^9以上周次疲劳试验。高周疲劳时，材料宏观上主要表现为弹性的，所以在损伤本构关系中采用应力、应变等参量的弹性关系处理，而不涉及微塑性。

　　5、红外热像技术疲劳试验方法为缩短试验时间、减少试验成本，能量方法成为疲劳试验研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个耗散能量的过程，而温度变化则是研究疲劳过程能量耗散极为重要的参量。

　　红外热像技术是一种波长转换技术，即将目标的热辐射转换为可见光的技术，利用目标自身各部分热辐射的差异获取二维可视图像，用计算机图像处理技术和红外测温标定技术，实现对物体表面温度场分布的显示、分析和精确测量。试验所用材料通常为表面镀锌、经过正火处理的金属材料，为增大金属表面的比辐射率，试验时通常在试样表面涂上很薄的一层红外透射涂料。