金屬疲勞試驗(yàn)課件

金屬疲勞試驗(yàn)

主講教師:金屬疲勞試驗(yàn)主講教師:1一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解疲勞試驗(yàn)的基本原理。2.掌握疲勞極限、S-N曲線的測試方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解疲勞試驗(yàn)的基本原理。2二、實(shí)驗(yàn)原理

1．疲勞抗力指標(biāo)的意義目前評定金屬材料疲勞性能的基本方法就是通過試驗(yàn)測定其S-N曲線(疲勞曲線)，即建立最大應(yīng)力σmax或應(yīng)力振幅σα與其相應(yīng)的斷裂循環(huán)周次N之間的關(guān)系曲線。不同金屬材料的S-N曲線形狀是不同的，大致可以分為兩類，如圖1所示。其中一類曲線從某應(yīng)力水平以下開始出現(xiàn)明顯的水平部分，如圖1(a)所示。這表明當(dāng)所加交變應(yīng)力降低到這個(gè)水平數(shù)值時(shí)，試樣可承受無限次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂。二、實(shí)驗(yàn)原理1．疲勞抗力指標(biāo)的意義3這表明當(dāng)所加交變應(yīng)力降低到這個(gè)水平數(shù)值時(shí)，試樣可承受無限次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂。因此將水平部分所對應(yīng)的應(yīng)力稱之為金屬的疲勞極限，用符號σR表示(R為最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比，稱為應(yīng)力比)。若試驗(yàn)在對稱循環(huán)應(yīng)力(即R=-1)下進(jìn)行，則其疲勞極限以σ-1表示。中低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵等材料的S-N曲線屬于這一類。對這一類材料在測試其疲勞極限時(shí)，不可能做到無限次應(yīng)力循環(huán)，而試驗(yàn)表明，這類材料在交變應(yīng)力作用下，如果應(yīng)力循環(huán)達(dá)到107周次不斷裂，則表明它可承受無限次應(yīng)力循環(huán)也不會斷裂，所以對這類材料常用107周次作為測定疲勞極限的基數(shù)。另一類疲勞曲線沒有水平部分，其特點(diǎn)是隨應(yīng)力降低，循環(huán)周次N不斷增大，但不存在無限壽命。如圖1(b)所示。在這種情況下，常根據(jù)實(shí)際需要定出一定循環(huán)周次(108或5×107…)下所對應(yīng)的應(yīng)力作為金屬材料的“條件疲勞極限”，用符號σR(N)表示。

這表明當(dāng)所加交變應(yīng)力降低到這個(gè)水平數(shù)值時(shí)，試樣可承受無限次應(yīng)42．S-N曲線的測定(1)條件疲勞極限的測定測試條件疲勞極限采用升降法，試件取13根以上。每級應(yīng)力增量取預(yù)計(jì)疲勞極限的5％以內(nèi)。第一根試件的試驗(yàn)應(yīng)力水平略高于預(yù)計(jì)疲勞極限。根據(jù)上根試件的試驗(yàn)結(jié)果，是失效還是通過（即達(dá)到循環(huán)基數(shù)不破壞）來決定下根試件應(yīng)力增量是減還是增，失效則減，通過則增。直到全部試件做完。第一次出現(xiàn)相反結(jié)果（失效和通過，或通過和失效）以前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如在以后試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍之外，則予以舍棄；否則，作為有效數(shù)據(jù)，連同其他數(shù)據(jù)加以利用，按下列公式計(jì)算疲勞極限：12．S-N曲線的測定(1)條件疲勞極限的測定15式中m——有效試驗(yàn)總次數(shù)；n—應(yīng)力水平級數(shù)；—第i級應(yīng)力水平；—第i級應(yīng)力水平下的試驗(yàn)次數(shù)。

例如某試驗(yàn)過程如圖2所示，共14根試件。預(yù)計(jì)疲勞極限為390MPa，取其2.5％約10MPa為應(yīng)力增量，第一根試件的應(yīng)力水平402MPa，全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)如圖2，可見，第四根試件為第一次出現(xiàn)相反結(jié)果，在其之前，只有第一根在以后試驗(yàn)波動(dòng)范圍之外，為無效，則按上式求得條件疲勞極限如下：

式中m——有效試驗(yàn)總次數(shù)；n—應(yīng)力6圖2增減法測定疲勞極限試驗(yàn)過程這樣求得的，存活率為50％，欲要求其他存活率的，可用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法處理。

圖2增減法測定疲勞極限試驗(yàn)過程這樣求得的，存活率為50％，7（2）S-N曲線的測定測定S－N曲線（即應(yīng)力水平－循環(huán)次數(shù)N曲線）采用成組法。至少取五級應(yīng)力水平，各級取一組試件，其數(shù)量分配，因隨應(yīng)力水平降低而數(shù)據(jù)離散增大，故要隨應(yīng)力水平降低而增多，通常每組5根。升降法求得的，作為S－N曲線最低應(yīng)力水平點(diǎn)。然后，以為縱坐標(biāo)，以循環(huán)數(shù)N或N的對數(shù)為橫坐標(biāo)，用最佳擬合法繪制成S－N曲線，如圖3所示。（2）S-N曲線的測定8三、疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)及疲勞試樣1.疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)

疲勞試驗(yàn)機(jī)有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電磁諧振以及近年來發(fā)展起來的電液伺服等，機(jī)械傳動(dòng)類中又有重力加載、曲柄連桿加載、飛輪慣性、機(jī)械振動(dòng)等形式，以下簡述幾種常用的疲勞試驗(yàn)機(jī)。三、疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)及疲勞試樣1.疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)9(1)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)這種試驗(yàn)機(jī)的歷史最悠久、積累數(shù)據(jù)最多，是一種迄今仍在廣泛應(yīng)用的疲勞試驗(yàn)機(jī)設(shè)備，是從模擬軸類工作條件發(fā)展起來的。圖4示出了旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)外形圖，試樣1與左、右彈簧夾頭連成一個(gè)整體作為轉(zhuǎn)梁。用左、右兩隊(duì)滾動(dòng)軸承四點(diǎn)支承在一對轉(zhuǎn)筒2內(nèi)，電動(dòng)機(jī)3通過計(jì)數(shù)器5、活動(dòng)聯(lián)軸節(jié)4帶動(dòng)試樣在轉(zhuǎn)筒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，加載砝碼通過吊桿7和橫梁6作用在轉(zhuǎn)筒2上，從而使試樣承受一個(gè)恒彎矩。吊重不動(dòng)，試樣轉(zhuǎn)動(dòng)，則試樣截面上承受對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力。當(dāng)試樣疲勞斷裂時(shí)，轉(zhuǎn)筒2落下觸動(dòng)停車開關(guān)，計(jì)數(shù)器記下循環(huán)斷裂周次N，這樣的試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速一般在3000～10000次/min。圖中8為加載卸載手輪。(1)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)10（2）電磁諧振疲勞試驗(yàn)機(jī)瑞士Amsler高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)是一個(gè)由試樣3、彈性測力計(jì)4、調(diào)節(jié)固有頻率的質(zhì)量塊1、電磁振蕩器14、預(yù)加載彈簧5以及重大的起反作用的質(zhì)量塊2組成的振動(dòng)體系，整個(gè)體系放在四個(gè)隔振塊7上，如圖5所示，這個(gè)體系有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，微小的振動(dòng)就使小電磁鐵13得到一個(gè)與固有頻率同相位的電勢信號通入放大器15，經(jīng)過功率放大，得到強(qiáng)大的電流通入電磁振蕩器14，使試樣以系統(tǒng)固有頻率經(jīng)受循環(huán)載荷。彈性測力計(jì)4的彈性外殼與中心自由懸垂不受力的桿17在系統(tǒng)受力過程中發(fā)生位移差而使帶著小鏡子16的桿轉(zhuǎn)動(dòng)，小鏡子16上接收來自線光源在轉(zhuǎn)動(dòng)中（2）電磁諧振疲勞試驗(yàn)機(jī)11圖5Amsler高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)

發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)反映在透明標(biāo)尺9上，指示試樣所受的力的大小及范圍。

圖5Amsler高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)反映在透12調(diào)節(jié)光電管11及光闌10位置，形成載荷信號反饋到放大器15，修正通入振蕩器的電流值，從而修正試樣所受載荷大小。質(zhì)量塊1是由幾個(gè)圓盤組成的，可通過增減圓盤改變質(zhì)量以調(diào)節(jié)固有頻率，改變試樣尺寸也可調(diào)節(jié)固有頻率，頻率范圍為60～300Hz。通過調(diào)節(jié)絲杠6和彈簧5可施加靜載荷，欲得到任意不對稱的循環(huán)載荷。這樣的機(jī)器現(xiàn)在應(yīng)用很廣泛，可用之做軸向加載和彎曲加載的試驗(yàn)以及裂紋擴(kuò)展方面的試驗(yàn)。機(jī)器裝有載荷保護(hù)裝置，當(dāng)載荷過大、過小超過規(guī)定范圍時(shí)，自動(dòng)停車。調(diào)節(jié)光電管11及光闌10位置，形成載荷信號反饋到放大器15，13（3）電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)

圖6所示的是Instron系列電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)原理圖。給定信號I通過伺服控制器將控制信號送到伺服閥1，用來控制從高壓液壓源III來的高壓油推動(dòng)作動(dòng)器2變成機(jī)械運(yùn)動(dòng)作用到試樣3上，同時(shí)載荷傳感器4，應(yīng)變傳感器5和位移傳感器6又把力、應(yīng)變、位移轉(zhuǎn)化成電信號，其中一路反饋到伺服控制器中與給定信號比較，將差值信號送到伺服閥調(diào)整作動(dòng)器位置，不斷反復(fù)此過程，最后試樣上承受的力（應(yīng)變、位移）達(dá)到要求精度，而力、位移、應(yīng)變的另一路信號通入讀出器單元IV上，實(shí)現(xiàn)記錄功能。（3）電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)142．疲勞試樣疲勞試樣的種類很多，其形狀和尺寸主要決定于試驗(yàn)?zāi)康?、所加載荷的類型及試驗(yàn)機(jī)型號。試驗(yàn)時(shí)所加載荷類型不同，試樣形狀和尺寸也不相同?，F(xiàn)將國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦的幾種旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)和軸向疲勞試驗(yàn)的試樣列于圖7至圖14，以供選用。圖7圓柱形光滑彎曲疲勞試樣

圖8圓柱形缺口彎曲疲勞試樣

2．疲勞試樣疲勞試樣的種類很多，其形狀和尺寸主要決定于試驗(yàn)?zāi)?5圖9圓柱形光滑軸向疲勞試樣圖10圓柱形V形缺口軸向疲勞試樣圖11漏斗形光滑軸向疲勞試樣圖12矩形光滑軸向疲勞試樣

圖9圓柱形光滑軸向疲勞試樣圖16圖13漏斗形軸向疲勞試樣圖14矩形U形缺口軸向疲勞試樣

以上各種試樣的夾持部分應(yīng)根據(jù)所用的試驗(yàn)機(jī)的夾持方式設(shè)計(jì)。夾持部分截面面積與試驗(yàn)部分截面面積之比大于1.5。若為螺紋夾持，應(yīng)大于3。圖13漏斗形軸向疲勞試樣17四、實(shí)驗(yàn)步驟與方法本實(shí)驗(yàn)在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其試樣形狀與尺寸如圖7所示。實(shí)驗(yàn)材料以2024鋁合金或中碳鋼為宜。1．試驗(yàn)準(zhǔn)備工作（1）領(lǐng)取試驗(yàn)所需試樣，將試樣兩端打上編號。（2）用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測量試樣尺寸，在試樣工作區(qū)的兩個(gè)相互垂直方向各測一次，取其平均值。按國標(biāo)規(guī)定，凡是偏差大于±IT10和表面有加工疵品的試樣均不能用。

四、實(shí)驗(yàn)步驟與方法本實(shí)驗(yàn)在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其試樣形18（3）靜力試驗(yàn)。取其中一根合格試樣，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上測其σb。靜力試驗(yàn)?zāi)康囊环矫鏅z驗(yàn)材質(zhì)強(qiáng)度是否符合熱處理要求，另一方面可根據(jù)此確定各級應(yīng)力水平。2．S-N曲線測試（1）按前述有關(guān)規(guī)定確定各級應(yīng)力水平。（2）確定載荷。根據(jù)試樣直徑d及載荷作用點(diǎn)到支座距離α，代入彎曲應(yīng)力計(jì)算公式：得：

1（3）靜力試驗(yàn)。取其中一根合格試樣，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上測其σ19

將選定的應(yīng)力σ1，σ2…代入上式，即可求得相應(yīng)的F1，F(xiàn)2…。此時(shí)若砝碼配重?zé)o法滿足計(jì)算載荷F1，F(xiàn)2…時(shí)，可按實(shí)際所加的相近重量，依次為實(shí)際載荷，再反算出實(shí)際應(yīng)力。（3）安裝試樣。將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)上，使其與試驗(yàn)機(jī)主軸保持良好同軸，用百分表檢查。再用聯(lián)軸節(jié)將旋轉(zhuǎn)整體與電動(dòng)機(jī)連接起來，同時(shí)把計(jì)數(shù)器調(diào)零。若電動(dòng)機(jī)帶有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，也將其調(diào)至零點(diǎn)。（4）正式試驗(yàn)。接通電源，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，由零逐漸加快。試驗(yàn)時(shí)，一般以6000r/min為宜。當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)轉(zhuǎn)速后，再把估算的砝碼加到砝碼盤上。將選定的應(yīng)力σ1，σ2…代入上式，即可求得相應(yīng)的F20（5）觀察與記錄。由高應(yīng)力到低應(yīng)力水平，逐級進(jìn)行試驗(yàn)。記錄每個(gè)試樣斷裂的循環(huán)周次，同時(shí)觀察斷口位置和特征。3.條件疲勞極限σR(N)的測定條件疲勞極限的測定方法和操作步驟與其S-N曲線的測定基本上一樣，所不同的就在應(yīng)力水平及應(yīng)力增量的選定上。對鋼材而言，σR(N)測試中，也選四級應(yīng)力水平，其中第一個(gè)試樣的應(yīng)力σ1取0.5σb，而應(yīng)力增量建議取0.025σb。（5）觀察與記錄。由高應(yīng)力到低應(yīng)力水平，逐級進(jìn)行試驗(yàn)。記錄21然后用升降法進(jìn)行試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果記在圖15中。在試驗(yàn)過程中隨時(shí)記錄，隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。當(dāng)有效數(shù)據(jù)達(dá)到13個(gè)以上，則停止試驗(yàn)。將圖15中的數(shù)據(jù)代入式1計(jì)算條件疲勞極限。圖15升降法試樣情況記錄表然后用升降法進(jìn)行試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果記在圖15中。在試22五、試驗(yàn)報(bào)告要求1.說明試驗(yàn)所用設(shè)備的型號、畫出試樣草圖。2.簡述升降法測定σR(N)的方法。3.按圖16的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算2024鋁合金在R=0.1時(shí)的條件疲勞極限σR(N)值。圖162024鋁合金R＝0.1的升降圖五、試驗(yàn)報(bào)告要求1.說明試驗(yàn)所用設(shè)備的型號、畫出試樣草圖1623END!END!24

(a)(b)圖1金屬的S-N曲線示意圖(a)有明顯水平部分的S-N曲線；(b)無明顯水平部分S-N曲

圖3S－N曲線圖(a)25圖4旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)圖4旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)26

圖6電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)圖6電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)27金屬疲勞試驗(yàn)

主講教師:金屬疲勞試驗(yàn)主講教師:28一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解疲勞試驗(yàn)的基本原理。2.掌握疲勞極限、S-N曲線的測試方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解疲勞試驗(yàn)的基本原理。29二、實(shí)驗(yàn)原理

1．疲勞抗力指標(biāo)的意義目前評定金屬材料疲勞性能的基本方法就是通過試驗(yàn)測定其S-N曲線(疲勞曲線)，即建立最大應(yīng)力σmax或應(yīng)力振幅σα與其相應(yīng)的斷裂循環(huán)周次N之間的關(guān)系曲線。不同金屬材料的S-N曲線形狀是不同的，大致可以分為兩類，如圖1所示。其中一類曲線從某應(yīng)力水平以下開始出現(xiàn)明顯的水平部分，如圖1(a)所示。這表明當(dāng)所加交變應(yīng)力降低到這個(gè)水平數(shù)值時(shí)，試樣可承受無限次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂。二、實(shí)驗(yàn)原理1．疲勞抗力指標(biāo)的意義30這表明當(dāng)所加交變應(yīng)力降低到這個(gè)水平數(shù)值時(shí)，試樣可承受無限次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂。因此將水平部分所對應(yīng)的應(yīng)力稱之為金屬的疲勞極限，用符號σR表示(R為最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比，稱為應(yīng)力比)。若試驗(yàn)在對稱循環(huán)應(yīng)力(即R=-1)下進(jìn)行，則其疲勞極限以σ-1表示。中低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵等材料的S-N曲線屬于這一類。對這一類材料在測試其疲勞極限時(shí)，不可能做到無限次應(yīng)力循環(huán)，而試驗(yàn)表明，這類材料在交變應(yīng)力作用下，如果應(yīng)力循環(huán)達(dá)到107周次不斷裂，則表明它可承受無限次應(yīng)力循環(huán)也不會斷裂，所以對這類材料常用107周次作為測定疲勞極限的基數(shù)。另一類疲勞曲線沒有水平部分，其特點(diǎn)是隨應(yīng)力降低，循環(huán)周次N不斷增大，但不存在無限壽命。如圖1(b)所示。在這種情況下，常根據(jù)實(shí)際需要定出一定循環(huán)周次(108或5×107…)下所對應(yīng)的應(yīng)力作為金屬材料的“條件疲勞極限”，用符號σR(N)表示。

這表明當(dāng)所加交變應(yīng)力降低到這個(gè)水平數(shù)值時(shí)，試樣可承受無限次應(yīng)312．S-N曲線的測定(1)條件疲勞極限的測定測試條件疲勞極限采用升降法，試件取13根以上。每級應(yīng)力增量取預(yù)計(jì)疲勞極限的5％以內(nèi)。第一根試件的試驗(yàn)應(yīng)力水平略高于預(yù)計(jì)疲勞極限。根據(jù)上根試件的試驗(yàn)結(jié)果，是失效還是通過（即達(dá)到循環(huán)基數(shù)不破壞）來決定下根試件應(yīng)力增量是減還是增，失效則減，通過則增。直到全部試件做完。第一次出現(xiàn)相反結(jié)果（失效和通過，或通過和失效）以前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如在以后試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍之外，則予以舍棄；否則，作為有效數(shù)據(jù)，連同其他數(shù)據(jù)加以利用，按下列公式計(jì)算疲勞極限：12．S-N曲線的測定(1)條件疲勞極限的測定132式中m——有效試驗(yàn)總次數(shù)；n—應(yīng)力水平級數(shù)；—第i級應(yīng)力水平；—第i級應(yīng)力水平下的試驗(yàn)次數(shù)。

例如某試驗(yàn)過程如圖2所示，共14根試件。預(yù)計(jì)疲勞極限為390MPa，取其2.5％約10MPa為應(yīng)力增量，第一根試件的應(yīng)力水平402MPa，全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)如圖2，可見，第四根試件為第一次出現(xiàn)相反結(jié)果，在其之前，只有第一根在以后試驗(yàn)波動(dòng)范圍之外，為無效，則按上式求得條件疲勞極限如下：

式中m——有效試驗(yàn)總次數(shù)；n—應(yīng)力33圖2增減法測定疲勞極限試驗(yàn)過程這樣求得的，存活率為50％，欲要求其他存活率的，可用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法處理。

圖2增減法測定疲勞極限試驗(yàn)過程這樣求得的，存活率為50％，34（2）S-N曲線的測定測定S－N曲線（即應(yīng)力水平－循環(huán)次數(shù)N曲線）采用成組法。至少取五級應(yīng)力水平，各級取一組試件，其數(shù)量分配，因隨應(yīng)力水平降低而數(shù)據(jù)離散增大，故要隨應(yīng)力水平降低而增多，通常每組5根。升降法求得的，作為S－N曲線最低應(yīng)力水平點(diǎn)。然后，以為縱坐標(biāo)，以循環(huán)數(shù)N或N的對數(shù)為橫坐標(biāo)，用最佳擬合法繪制成S－N曲線，如圖3所示。（2）S-N曲線的測定35三、疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)及疲勞試樣1.疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)

疲勞試驗(yàn)機(jī)有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電磁諧振以及近年來發(fā)展起來的電液伺服等，機(jī)械傳動(dòng)類中又有重力加載、曲柄連桿加載、飛輪慣性、機(jī)械振動(dòng)等形式，以下簡述幾種常用的疲勞試驗(yàn)機(jī)。三、疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)及疲勞試樣1.疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)36(1)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)這種試驗(yàn)機(jī)的歷史最悠久、積累數(shù)據(jù)最多，是一種迄今仍在廣泛應(yīng)用的疲勞試驗(yàn)機(jī)設(shè)備，是從模擬軸類工作條件發(fā)展起來的。圖4示出了旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)外形圖，試樣1與左、右彈簧夾頭連成一個(gè)整體作為轉(zhuǎn)梁。用左、右兩隊(duì)滾動(dòng)軸承四點(diǎn)支承在一對轉(zhuǎn)筒2內(nèi)，電動(dòng)機(jī)3通過計(jì)數(shù)器5、活動(dòng)聯(lián)軸節(jié)4帶動(dòng)試樣在轉(zhuǎn)筒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，加載砝碼通過吊桿7和橫梁6作用在轉(zhuǎn)筒2上，從而使試樣承受一個(gè)恒彎矩。吊重不動(dòng)，試樣轉(zhuǎn)動(dòng)，則試樣截面上承受對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力。當(dāng)試樣疲勞斷裂時(shí)，轉(zhuǎn)筒2落下觸動(dòng)停車開關(guān)，計(jì)數(shù)器記下循環(huán)斷裂周次N，這樣的試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速一般在3000～10000次/min。圖中8為加載卸載手輪。(1)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)37（2）電磁諧振疲勞試驗(yàn)機(jī)瑞士Amsler高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)是一個(gè)由試樣3、彈性測力計(jì)4、調(diào)節(jié)固有頻率的質(zhì)量塊1、電磁振蕩器14、預(yù)加載彈簧5以及重大的起反作用的質(zhì)量塊2組成的振動(dòng)體系，整個(gè)體系放在四個(gè)隔振塊7上，如圖5所示，這個(gè)體系有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，微小的振動(dòng)就使小電磁鐵13得到一個(gè)與固有頻率同相位的電勢信號通入放大器15，經(jīng)過功率放大，得到強(qiáng)大的電流通入電磁振蕩器14，使試樣以系統(tǒng)固有頻率經(jīng)受循環(huán)載荷。彈性測力計(jì)4的彈性外殼與中心自由懸垂不受力的桿17在系統(tǒng)受力過程中發(fā)生位移差而使帶著小鏡子16的桿轉(zhuǎn)動(dòng)，小鏡子16上接收來自線光源在轉(zhuǎn)動(dòng)中（2）電磁諧振疲勞試驗(yàn)機(jī)38圖5Amsler高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)

發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)反映在透明標(biāo)尺9上，指示試樣所受的力的大小及范圍。

圖5Amsler高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)反映在透39調(diào)節(jié)光電管11及光闌10位置，形成載荷信號反饋到放大器15，修正通入振蕩器的電流值，從而修正試樣所受載荷大小。質(zhì)量塊1是由幾個(gè)圓盤組成的，可通過增減圓盤改變質(zhì)量以調(diào)節(jié)固有頻率，改變試樣尺寸也可調(diào)節(jié)固有頻率，頻率范圍為60～300Hz。通過調(diào)節(jié)絲杠6和彈簧5可施加靜載荷，欲得到任意不對稱的循環(huán)載荷。這樣的機(jī)器現(xiàn)在應(yīng)用很廣泛，可用之做軸向加載和彎曲加載的試驗(yàn)以及裂紋擴(kuò)展方面的試驗(yàn)。機(jī)器裝有載荷保護(hù)裝置，當(dāng)載荷過大、過小超過規(guī)定范圍時(shí)，自動(dòng)停車。調(diào)節(jié)光電管11及光闌10位置，形成載荷信號反饋到放大器15，40（3）電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)

圖6所示的是Instron系列電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)原理圖。給定信號I通過伺服控制器將控制信號送到伺服閥1，用來控制從高壓液壓源III來的高壓油推動(dòng)作動(dòng)器2變成機(jī)械運(yùn)動(dòng)作用到試樣3上，同時(shí)載荷傳感器4，應(yīng)變傳感器5和位移傳感器6又把力、應(yīng)變、位移轉(zhuǎn)化成電信號，其中一路反饋到伺服控制器中與給定信號比較，將差值信號送到伺服閥調(diào)整作動(dòng)器位置，不斷反復(fù)此過程，最后試樣上承受的力（應(yīng)變、位移）達(dá)到要求精度，而力、位移、應(yīng)變的另一路信號通入讀出器單元IV上，實(shí)現(xiàn)記錄功能。（3）電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)412．疲勞試樣疲勞試樣的種類很多，其形狀和尺寸主要決定于試驗(yàn)?zāi)康摹⑺虞d荷的類型及試驗(yàn)機(jī)型號。試驗(yàn)時(shí)所加載荷類型不同，試樣形狀和尺寸也不相同?，F(xiàn)將國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦的幾種旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)和軸向疲勞試驗(yàn)的試樣列于圖7至圖14，以供選用。圖7圓柱形光滑彎曲疲勞試樣

圖8圓柱形缺口彎曲疲勞試樣

2．疲勞試樣疲勞試樣的種類很多，其形狀和尺寸主要決定于試驗(yàn)?zāi)?2圖9圓柱形光滑軸向疲勞試樣圖10圓柱形V形缺口軸向疲勞試樣圖11漏斗形光滑軸向疲勞試樣圖12矩形光滑軸向疲勞試樣

圖9圓柱形光滑軸向疲勞試樣圖43圖13漏斗形軸向疲勞試樣圖14矩形U形缺口軸向疲勞試樣

以上各種試樣的夾持部分應(yīng)根據(jù)所用的試驗(yàn)機(jī)的夾持方式設(shè)計(jì)。夾持部分截面面積與試驗(yàn)部分截面面積之比大于1.5。若為螺紋夾持，應(yīng)大于3。圖13漏斗形軸向疲勞試樣44四、實(shí)驗(yàn)步驟與方法本實(shí)驗(yàn)在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其試樣形狀與尺寸如圖7所示。實(shí)驗(yàn)材料以2024鋁合金或中碳鋼為宜。1．試驗(yàn)準(zhǔn)備工作（1）領(lǐng)取試驗(yàn)所需試樣，將試樣兩端打上編號。（2）用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測量試樣尺寸，在試樣工作區(qū)的兩個(gè)相互垂直方向各測一次，取其平均值。按國標(biāo)規(guī)定，凡是偏差大于±IT10和表面有加工疵品的試樣均不能用。

四、實(shí)驗(yàn)步驟與方法本實(shí)驗(yàn)在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其試樣形45（3）靜力試驗(yàn)。取其中一根合格試樣，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上測其σb。靜力試驗(yàn)?zāi)康囊环矫鏅z驗(yàn)材質(zhì)強(qiáng)度是否符合熱處理要求，另一方面可根據(jù)此確定各級應(yīng)力水平。2．S-N曲線測試（1）按前述有關(guān)規(guī)定確定各級應(yīng)力水平。（2）確定載荷。根據(jù)試樣直徑d及載荷作用點(diǎn)到支座距離α，代入彎曲應(yīng)力計(jì)算公式：得：

1（3）靜力試驗(yàn)。取其中一根合格試樣，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上測其σ46

將選定的應(yīng)力σ1，σ2…代入上式，即可求得相應(yīng)的F1，F(xiàn)2…。此時(shí)若砝碼配重?zé)o法滿足計(jì)算載荷F1，F(xiàn)2…時(shí)，可按實(shí)際所加的相近重量，依次為實(shí)際載荷，再反算出實(shí)際