《汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)方法》編制說明

一、工作簡況

1.任務(wù)來源

根據(jù)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)［2021］200號(hào)文件“關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《汽車用薄鋼

板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)方法》的立項(xiàng)公告”所下達(dá)的中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)修

訂計(jì)劃，《汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)列入中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體

標(biāo)準(zhǔn)修訂計(jì)劃，計(jì)劃編號(hào)為CSTMLX990000791—2021。該標(biāo)準(zhǔn)由鞍鋼鋼鐵研究院牽頭，中汽

研（天津）汽車工程研究院有限公司、鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司、上海大學(xué)、奇瑞汽車股

份有限公司、中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司等單位起草。計(jì)劃于2021年完成審定，本

標(biāo)準(zhǔn)由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)CSTM/FC99綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會(huì)歸口。

2.標(biāo)準(zhǔn)起草過程

2020年1月，調(diào)研國內(nèi)外汽車薄板應(yīng)力疲勞測(cè)定試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)、技術(shù)資料。

2020年3月-5月，與鋼鐵研究總院、上海大學(xué)、山鋼集團(tuán)日照公司共計(jì)三家單位進(jìn)行了汽車

薄板軸向應(yīng)力控制疲勞檢驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)活動(dòng)。

2020年6月-2021年4月針對(duì)厚度較薄、強(qiáng)度較低的汽車鋼拉-壓應(yīng)力疲勞試驗(yàn)難度大，選擇

厚度從0.7mm～1.4mm，強(qiáng)度級(jí)別從170MPa至630MPa，采用軸向疲勞試驗(yàn)機(jī)開展標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證試

驗(yàn)。

2021年5月-2021年8月通過分析總結(jié)，撰寫《汽車薄板軸向應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)方法》團(tuán)體

標(biāo)準(zhǔn)草案。

2021年8月，中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會(huì)在北京組織召開了《汽車

薄板軸向應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)方法》線上團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)審查會(huì)。會(huì)議成立了由7位專家組成的審查

組，對(duì)立項(xiàng)申請(qǐng)表、標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)草案及編制說明進(jìn)行審查，將該標(biāo)準(zhǔn)納入汽車用薄板系列試驗(yàn)方法標(biāo)

準(zhǔn)，題目修改成《汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)方法》。

2021年9月收到中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)下發(fā)的《關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《汽車用薄鋼板第

2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn)方法》的立項(xiàng)公告》（材試標(biāo)字[2021]200號(hào)）。

2021年10月，由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)秘書處將標(biāo)準(zhǔn)征詢意見稿及編制說明發(fā)送到

兄弟企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)，收集X家修改意見X條。

2022年3月召開標(biāo)準(zhǔn)審定會(huì)，會(huì)上專家代表提出修改建議X條，修改完善后形成標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿。

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3.主要起草人及其所承擔(dān)的工作簡要說明

蘇洪英（鞍鋼）：項(xiàng)目總負(fù)責(zé)，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)起草、制定驗(yàn)證試驗(yàn)計(jì)劃。

劉仁東、林利、徐鑫（鞍鋼）：制訂夾具和防屈曲裝置榫卯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

高怡斐（鋼研納克）、史文（上海大學(xué)）、劉培星（山東日照）：：實(shí)施疲勞比對(duì)試驗(yàn)

孟憲明、張賽、李明賀（中汽研）、王存宇（鋼研院）、王麗敏、王蓬（中關(guān)村）、沈克（武

鋼）、李軍（奇瑞）、宋偉佳（一汽）、王彩梅（泛亞）、祝鐵柱（鋼研納克）、熊自柳（河鋼）：

項(xiàng)目協(xié)調(diào)

二、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

1、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡要情況

疲勞是指材料在交變載荷的作用下發(fā)生的性能變化，疲勞失效是一種常見的工程結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)

象。在日益嚴(yán)酷的市場(chǎng)競(jìng)爭中，產(chǎn)品的壽命和可靠性成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的焦點(diǎn)，每年因疲勞破壞

大量產(chǎn)品在其有效壽命期內(nèi)報(bào)廢，造成的惡性事故也時(shí)有出現(xiàn)，許多企業(yè)將疲勞耐久性定為產(chǎn)品質(zhì)

量控制的重要性能指標(biāo)之一。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T26076-2010《金屬薄板（帶）軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法》僅適合拉向加載（0≤R

＜1）的加載方式。目前國內(nèi)外還沒有壓向加載（即-1≤R＜0）的薄板應(yīng)力疲勞試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)體

系，主要原因是壓向載荷會(huì)引起試樣彎曲失穩(wěn)、打彎形成瞬間斷裂，從而測(cè)不到試樣的疲勞壽命和

疲勞斷口，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，試驗(yàn)難度大，不易成功。但在實(shí)際應(yīng)用中，薄板也常會(huì)有壓應(yīng)力存在，

尤其是近幾年很多汽車廠家要求提供R=-1的拉-壓薄板應(yīng)力疲勞檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

對(duì)金屬薄板壓向加載（即-1≤R＜0）疲勞試驗(yàn)，現(xiàn)普遍是采用防屈曲裝置。但采用防屈曲裝置，

因試樣與防屈曲裝置之間的摩擦力會(huì)引起力值上升，從而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；其次在

試驗(yàn)時(shí)必須采取措施避免摩擦力對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，同時(shí)要設(shè)置過低的試驗(yàn)頻率，否則試樣會(huì)發(fā)熱

而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，而偏低的試驗(yàn)頻率會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)間過長、試驗(yàn)效率過低的問題。因此，

迫切需要建立制訂適合不對(duì)稱壓縮、反向拉壓、不對(duì)稱拉伸循環(huán)應(yīng)力類型的統(tǒng)一規(guī)范的應(yīng)力疲勞試

驗(yàn)方法，為汽車鋼開發(fā)及優(yōu)化提供理論指導(dǎo)，為汽車廠及鋼企提供使用指導(dǎo)，解決汽車鋼開發(fā)及使

用過程中的疲勞服役問題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，對(duì)于國家、社會(huì)、行業(yè)都有著積極的作用。

2、制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

本標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中，遵循“面向市場(chǎng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完

善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科

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學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)

行本標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。

本標(biāo)準(zhǔn)修改采用GB/T26076：2010《金屬薄板（帶）軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法》。在起草過

程中，主要按GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》要求編寫。在

確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時(shí)，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的能力和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，

充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進(jìn)性和合理性。

三、主要內(nèi)容說明

1、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

1）前言

本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則重新起草了前言。

2）范圍

與GB/T26076-2010相比增加-1≤R＜0的循環(huán)應(yīng)力類型。

3）規(guī)范性引用文件

與GB/T26076-2010相比增加了GB/T10610《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法評(píng)

定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》、GB/T24176《金屬材料疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方案與分析方法》、GB/T

34104-2017《金屬材料試驗(yàn)機(jī)加載同軸度的檢驗(yàn)》的引用。

4）術(shù)語與定義

與GB/T26076-2010相同。

5）試樣

與GB/T26076-2010相比較有以下變化：

—4.1.4增加了適用于-1≤R＜0試樣類型，厚度大于1mm的試樣不采用防屈曲夾具，厚度小于

1mm的試樣采用防屈曲夾具，并規(guī)定了試樣尺寸。

—4.2.4增加了建議縱向銑削或線切割后，再用縱向磨拋的方法進(jìn)行試驗(yàn)段部分表面的最后精

加工。

—4.2.5規(guī)定了試樣表面的粗糙度，要求平均表面粗糙度小于或等于0.2μm。

6）試驗(yàn)條件

與GB/T26076-2010相同。

7）試驗(yàn)程序

與GB/T26077-2010相比較有以下變化：

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—6.1增加了試樣安裝的細(xì)節(jié)描述：使用防屈曲夾具時(shí)，防屈曲板與試驗(yàn)機(jī)夾具之間的距離應(yīng)

盡可能小，建議不超過2mm，以提高試樣剛度，避免造成試樣在夾具段屈曲。對(duì)于應(yīng)力比-1≤R＜0

試不使用防屈曲夾具時(shí)，建議將試樣夾持段全部放入夾具，減小試樣有效試樣長度，提高試樣剛度，

避免試樣屈曲。

—6.2.1增加了一個(gè)注：使用防屈曲夾具時(shí)，試驗(yàn)頻率不要超過10Hz，以免試樣發(fā)熱。

—6.2.2.2刪除。

—6.2.2.3刪除。

8）結(jié)果表示

—7.2增加了關(guān)于條件疲勞強(qiáng)度的闡述，給出了兩種條件疲勞強(qiáng)度數(shù)據(jù)處理方法。

—7.3刪除。

9）檢驗(yàn)報(bào)告

與GB/T26076-2010相同。

2、主要技術(shù)差異

本標(biāo)準(zhǔn)與原標(biāo)準(zhǔn)GB/T26076-2010相比，在以下方面的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了較大修改和補(bǔ)充：

—修改了前言；

—范圍中增加-1≤R＜0的循環(huán)應(yīng)力類型。

—規(guī)范性引用文件中增加GB/T10610《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法評(píng)定表

面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》、GB/T24176《金屬材料疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方案與分析方法》、GB/T

34104-2017《金屬材料試驗(yàn)機(jī)加載同軸度的檢驗(yàn)》。

—第4章增加了適用于-1≤R＜0試樣類型，厚度大于1mm的試樣不采用防屈曲夾具，厚度小

于1mm的試樣采用防屈曲夾具，并規(guī)定了試樣尺寸。

—第6章增加了試樣安裝的細(xì)節(jié)描述：使用防屈曲夾具時(shí)，防屈曲板與試驗(yàn)機(jī)夾具之間的距離

應(yīng)盡可能小，建議不超過2mm，提高試樣剛度，避免造成試樣在夾具段屈曲。不使用防屈曲夾具

時(shí)，建議將試樣夾持段全部放入夾具，減小試樣有效試樣長度，提高試樣剛度，避免試樣屈曲。

四、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況

本標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中主要進(jìn)行了四方面的工作：

（1）選用強(qiáng)度較低、厚度較薄的210P1鋼（厚度0.8mm）和強(qiáng)度較高、厚度較厚的DP780鋼

（厚度1.4mm）進(jìn)行不采用防屈曲夾具的應(yīng)力疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)試驗(yàn)段寬度、平行長度和圓弧半

徑進(jìn)行驗(yàn)證；

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（2）選用0.9mm和3.0mm鋁板進(jìn)行不采用防屈曲夾具的應(yīng)力疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)試驗(yàn)段寬度、

平行長度和圓弧半徑進(jìn)行驗(yàn)證；

（3）選用厚度小于1mm的170P1（0.7mm）、DC06（0.9毫米）、CR420-480（0.8mm）和

厚度大于1mm的CR420-480（1.2mm）、DP980（1.2mm）進(jìn)行不采用防屈夾具和采用防屈夾具的

應(yīng)力疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)；

（4）與鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司、上海大學(xué)、山鋼集團(tuán)日照公司共計(jì)三家單位進(jìn)行了

汽車薄板軸向應(yīng)力控制疲勞檢驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)活動(dòng)。

具體如下：

1、不采用防屈夾具的應(yīng)力疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)原理

為避免薄板在拉-壓疲勞試驗(yàn)中產(chǎn)生屈曲，應(yīng)使設(shè)計(jì)的疲勞試樣剛度盡可能大。對(duì)于單軸應(yīng)力

狀態(tài)試樣，其軸向剛度：

A*E

k（1）

LC

其中A為試樣的面積，E為試樣的彈性模量，Lc為試樣的平行長度。為使剛度k盡可能大，

在試樣厚度a和彈性模量E不變的情況下，應(yīng)使寬度b/Lc盡可能大。試樣寬度是影響疲勞試驗(yàn)結(jié)

果的參數(shù)之一，寬度選擇的條件是保證試樣上的所有點(diǎn)為單軸應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)寬度b≥6a（厚度）時(shí)，

在試樣的中心產(chǎn)生橫向力矩，并將出現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)。處于平面應(yīng)變狀態(tài)的試樣受三向拉應(yīng)力作用，

材料會(huì)變脆，試樣極易斷裂。當(dāng)試樣寬度增加時(shí)，各危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的性質(zhì)不同，將導(dǎo)致在相同材

料中和相同條件下一些試樣的破壞從中心開始，而另一些試樣的破壞從邊緣開始。另外如果板比較

寬，寬板的兩邊為自由邊，在寬度方向上沒有限制，處于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)。試驗(yàn)時(shí)上下夾頭完全

夾緊，夾持段材料的流動(dòng)完全被夾頭限制。從寬板兩邊到寬板中心部位，材料在寬度方向上受到兩

邊材料的限制逐漸加強(qiáng)，在正中心處寬度方向受到的限制最強(qiáng)，沿板寬方向產(chǎn)生拉應(yīng)力，這部分材

料處于平面應(yīng)變的受力狀態(tài)。為保證試樣上的所有點(diǎn)為單軸應(yīng)力狀態(tài)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)段寬度b≤6a（厚

度）進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

為使寬度b/Lc盡可能大，設(shè)計(jì)試樣b≤Lc≤5b進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，以免平行長度太長降低試樣剛度。

1.2試驗(yàn)方案

常見疲勞試樣形狀分為漏斗形和等截面形試樣，見圖1。

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0.02A-B

r

a

Ra0.2

b

WW

ALcB

（a）等截面疲勞試樣

0.02AB0.02AB

r

a

Ra0.2

b

W

W

AB

（b）漏斗形試樣

圖1疲勞試樣

分別選取厚度較薄、強(qiáng)度較低的0.8mm厚210P1高強(qiáng)度無間隙原子鋼和厚度較厚、強(qiáng)度較高

的1.4mm厚DP780雙相鋼，在圓弧半徑相同的情況下，設(shè)計(jì)不同試驗(yàn)段寬度、不同平行長度的疲

勞試樣，進(jìn)行不同應(yīng)力水平的R=-1的疲勞試驗(yàn)，通過相同應(yīng)力水平下不同試樣尺寸的循環(huán)次數(shù)，

確定合適的試驗(yàn)段寬度和平行長度。疲勞試樣試驗(yàn)段寬度和平行長度確定后，設(shè)計(jì)不同圓弧半徑的

疲勞試樣，同樣進(jìn)行不同應(yīng)力水平的R=-1的疲勞試驗(yàn)，通過相同應(yīng)力水平下不同圓弧半徑試樣的

循環(huán)次數(shù)，確定合適的圓弧半徑。

表1為210P1鋼和DP780鋼的力學(xué)性能。

表1力學(xué)性能

鋼級(jí)RP0.2/MPaRm/MPa

210P1218412

DP780416811

1.2.1試驗(yàn)段寬度和平行長度的確定方案

在圓弧半徑r=7a的情況下，等截面試樣設(shè)計(jì)8組不同疲勞試樣尺寸，共計(jì)24種疲勞試樣尺寸，

即：第1組：b=a，LC=b、2b、3b、4b、5b；第2組：b=2a，LC=b、2b、3b、4b、5b；第3組：

b=3a，LC=b、2b、3b、4b、5b；第4組：b=4a，LC=b、2b、3b、4b、5b；第5組：b=5a，LC=b；

第6組：b=6a，LC=b；第7組：b=8a，LC=b；第8組：b=10a，LC=b。通過相同應(yīng)力水平下不同尺

寸試樣的循環(huán)次數(shù)，確定合適的疲勞試驗(yàn)段寬度b和平行長度LC。

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考慮到漏斗形試樣剛度小，正中心處寬度部分的材料處于平面應(yīng)變狀態(tài)，僅驗(yàn)證一種試樣形狀

和尺寸，b=10mm，r=60mm。

1.2.2圓弧半徑的確定方案

疲勞試樣試驗(yàn)段寬度和平行長度確定后，考慮到圓弧半徑太小，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)r=3a、

7a、10a、15a，通過相同應(yīng)力水平下不同圓弧半徑試樣的循環(huán)次數(shù)，確定合適的圓弧半徑。

1.3驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

1.3.1試驗(yàn)段寬度和平行長度的試驗(yàn)驗(yàn)證

1.3.1.1厚度為0.8mm的高強(qiáng)度無間隙原子鋼210P1

210P1鋼疲勞試驗(yàn)結(jié)果見表2、圖2、圖3。

表2不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣尺寸試驗(yàn)結(jié)果

寬度循環(huán)次數(shù)N/次

b×平

行長應(yīng)力幅應(yīng)力幅應(yīng)力幅應(yīng)力幅應(yīng)力幅

σa=180MPaσa=190MPaσa=200MPaσa=210MPaσa=220MPa

度LC

a×b10010001001000100100010010007077374161807663175616496199842970515656819

a×2b10001000100100001001000010001000580100490656374662317456164996199884114009637056025

a×3b10001000100100003750789457025925607536708220697810442765989678936270187805688650

a×4b1000100010010000109647168556149152150871042654315669683559872284781507818090

a×5b100010001001000080440311855681436216828813587852800346784076878920350/

2a×b100010001001000010010001001000407735412616079661259011970996834417028553256

2a×21000100010010000100100001000100091718424565426768960408884521878956539094385640870

2ab×3100010001001000024202714060781757305234043502836993116749347890547069398934060

2ab×410001000100100008251132354608704881846561568234503935678335902323789613045

2ab×5100010001001000050816715645610623147373196888109213087635672///

3ab×b10001000100100001001000100100042566835142350718898657587982563453450033562578

3a×210001000100100001001000010001000325966305668207989423564078935666356782384028990

3ab×310001000100100002420271406078124566205989152668453423423423468234501809620156

3ab×410001000100100003256122856325232658465650899622100134891894523527086/

3ab×51000100010010000202689202689502635542645689145781256010980///

4ab×b10001000100100001001000100100015438985638563921457742963415625101006/

4a×21000100010010000156056312804363678876713245672123*856*/154340/

4ab×3100010001001000070*1481*912*620*///////

4ab×41000100010010000304*528*200*312*///////

4ab×57506*8200*156*820*102*150*///////

5ab×b2910772660111026681798168665872356/1203*999*////

6a×b408881173687749*607103212528569/168*99*////

15

8a×b231*275351107*187*98*56*///////

10a×63*53*53*32*42*23*///////

漏b斗12*13*17*//////////

形

（a）200MPa（b）210MPa（C）220MPa

圖2不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣尺寸循環(huán)次數(shù)平均值

（a）圓弧形試樣（b）10×b等截面試樣(c)10×b等截面試樣

圖3疲勞試樣斷后翹曲狀態(tài)圖

表2中循環(huán)次數(shù)后加“*”是表示試樣斷后翹曲，翹曲試樣如圖3所示。由表2、圖2、圖3

可知，當(dāng)應(yīng)力幅為180MPa時(shí)，8a×b、10a×b等截面試樣斷后翹曲，漏斗形試樣屈曲未起振，主要

原因是試樣過寬，正中心處寬度部分的材料處于平面應(yīng)變狀態(tài)，因此試樣很快斷裂并翹曲。因此漏

斗形試樣不適用于應(yīng)力比R為-1的疲勞試驗(yàn)。4a×5b等截面試樣也出現(xiàn)斷后翹曲，一方面是試樣的

平行長度過長，導(dǎo)致試樣剛度降低，另一方面試樣稍寬。5a×b和6a×b試樣未到規(guī)定次數(shù)斷裂，主

要原因是試樣稍寬，但因?yàn)槠叫虚L度LC短，試樣剛度好，因此循環(huán)次數(shù)高于8a×b、10a×b。其余

尺寸的疲勞試樣均未斷裂。

應(yīng)力幅為190MPa時(shí)，a×b、a×2b、2a×b、2a×2b、3a×b、3a×2b、4a×b試樣均未斷裂，4a×3b、

4a×4b、4a×5b、8a×b和10a×b試樣斷后翹曲，其余尺寸試樣均斷裂，且在試樣寬度相同的情況下，

隨平行長度的增加循環(huán)次數(shù)減少，主要是由于試樣剛度降低。

應(yīng)力幅為200MPa時(shí)，由于載荷增加，所有試樣均斷裂，4a×3b、4a×4b、4a×5b、8a×b和10a×b

試樣斷后翹曲，且在試樣寬度相同的情況下，平行長度的增加循環(huán)次數(shù)減少。

應(yīng)力幅為210MPa時(shí)，所有試樣均斷裂，由于4a×3b、4a×4b、4a×5b、8a×b和10a×b試樣在

載荷較低時(shí)就斷后翹曲，210MPa級(jí)未做驗(yàn)證試驗(yàn)。4a×2b、5a×b、6a×b試樣斷后翹曲，主要原因

是試樣過寬，處于平面應(yīng)變狀態(tài)。

16

應(yīng)力幅為220MPa時(shí)，所有試樣均斷裂，5a×b、6a×b試樣在220MPa級(jí)未做驗(yàn)證試驗(yàn)。2a×4b、

a×b、4a×2b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是試樣過寬和平行長度過長。

1.3.1.2厚度為1.4mm的雙相鋼DP780

依據(jù)210P1鋼的試驗(yàn)結(jié)果，等截面試樣DP780鋼僅驗(yàn)證如下9種試樣尺寸：

第1組：b=a，LC=b、2b、3b；第2組：b=2a，LC=b、2b、3b；第3組：b=3a，LC=b、2b、3b；

第4組：b=4a，LC=b、2b、3b。漏斗形試樣尺寸同210P1鋼。DP780鋼試驗(yàn)結(jié)果見表3、圖4。

表3不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣尺寸試驗(yàn)結(jié)果

寬度b×平行長度循環(huán)次數(shù)N/次

LC應(yīng)力幅σa=270MPa應(yīng)力幅σa=290MPa應(yīng)力幅σa=350MPa

a×b1001000010010000809568769899952678405825562368255

a×2b1001000010010000705689609578908516495624456239562

a×3b1001000010010000567895508678408523415622958935692

2a×b1001000010010000649766165567444275369083902042619

2a×2b10010000100100005923512053241227782281643614032225

2a×3b1001000010010000467253366231408523175713158925741

3a×b1001000010010000365789408978356789357854005236756

3a×2b1001000010010000289899356789456899350993344528899

3a×3b1001000010010000345699289075398766309992456728999

4a×b1001000010010000217362268412189653235632363928413

4a×2b1001000010010000515643192192208356809*728*/

4a×3b1001000010010000727825904360583144*156*/

漏斗形96*23*//////

（a）290MPa（b）350MPa

圖4不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣形狀的循環(huán)次數(shù)平均值

由表3、圖4可知，應(yīng)力幅為270MPa時(shí)，等截面試樣均未斷裂，圓弧形試樣斷后翹曲，循環(huán)

次數(shù)分別為96、23。

17

應(yīng)力幅為290MPa時(shí)，a×b、a×2b、a×3b、2a×b、2a×2b、2a×3b、3a×b、3a×2b、3a×3b、4a×b、

4a×2b等截面試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)；4a×3b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是試樣稍寬。依據(jù)施加

應(yīng)力幅=270MPa的試驗(yàn)結(jié)果，圓弧形試樣未做驗(yàn)證試驗(yàn)。

應(yīng)力幅為350MPa時(shí)，a×b、a×2b、a×3b、2a×b、2a×2b、2a×3b、3a×b、3a×2b、3a×3b、4a×b

等截面試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)；4a×2b、4a×3b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因也是試樣稍寬。

1.3.2圓弧半徑的驗(yàn)證

210P1等截面疲勞試樣，設(shè)計(jì)b=1.6mm，LC=2.0mm；DP780等截面疲勞試樣，設(shè)計(jì)b=3.0mm，

LC=4.0mm。圓弧半徑分別設(shè)計(jì)r=3a、7a、10a、15a，進(jìn)行相同應(yīng)力水平下的R=-1疲勞試驗(yàn)進(jìn)行

驗(yàn)證。

210P1鋼、DP780鋼試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4不同圓弧半徑試驗(yàn)結(jié)果

圓弧循環(huán)次數(shù)N/次

半徑210P1DP780

r應(yīng)力幅σa=210MPa應(yīng)力幅σa=220MPa應(yīng)力幅σa=290MPa應(yīng)力幅σa=350MPa

3a14321110832877061500045650853456502676408936385678465673548940857

7a1639534721498985396164425048856649766165567444275369083902042619

10a12033685583103254549133781943036428259367588385469406663875638503

15a567443115145000121869910108302085451785961762891025899888756

（a）210MPa（b）220MPa（c）290MPa（d）350MPa

圖5不同應(yīng)力幅、不同圓弧半徑的循環(huán)次數(shù)平均值

由表4、圖5可知，對(duì)于210P1鋼和DP780鋼，都是當(dāng)r=15a時(shí)，循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原

因是由于圓弧半徑大導(dǎo)致的試驗(yàn)段加長，試樣剛度降低。其他圓弧半徑循環(huán)次數(shù)相差不大。

2、鋁板試驗(yàn)結(jié)果

選取厚度0.9mm、3.0mm的鋁板，在圓弧半徑r=7a的情況下，設(shè)計(jì)不同試驗(yàn)段寬度、不同平

行長度的疲勞試樣，進(jìn)行不同應(yīng)力水平的R=-1的疲勞試驗(yàn)，通過相同應(yīng)力水平下不同試樣尺寸的

循環(huán)次數(shù)，確定合適的試驗(yàn)段寬度和平行長度。表5為不同厚度鋁板的力學(xué)性能。

表5力學(xué)性能

厚度/mmRP0.2/MPaRm/MPa

18

0.9149255

3.0230323

疲勞試樣設(shè)計(jì)5組不同疲勞試樣尺寸，共計(jì)12種疲勞試樣尺寸，即：第1組：b=a，LC=b、

3b、4b、5b；第2組：b=3a，LC=b、3b、4b；第3組：b=4a，LC=b、3b、4b；第4組：b=5a，LC=b；

第5組：b=6a，LC=b。通過相同應(yīng)力水平下不同尺寸試樣的循環(huán)次數(shù)，確定合適的疲勞試驗(yàn)段寬

度b和平行長度LC。

鋁板疲勞試驗(yàn)結(jié)果見表6、圖6、圖7。

表6試驗(yàn)結(jié)果

循環(huán)次數(shù)次（）循環(huán)次數(shù)次（）

寬度b×平行長度N/0.9mmN/3.0mm

C

L應(yīng)力幅σa=150MPa應(yīng)力幅σa=170MPa應(yīng)力幅σa=180MPa應(yīng)力幅σa=200MPa

a*b76306118768320442309848956469372583236912

a*3b9610376124250452640445130434562636225786

a*4b6341223408281422989144759459622579926077

a*5b91000644731959414313449113317621327

3a*b8835494577388883709736041297462229414404

3a*3b5335442205212002647340392350112557416233

3a*4b189/109/39836266551239517197

3a*5b////1918415678162337147

4a*b731357008924772/////

4a*3b4621937757314/////

4a*4b4695///////

5a*b49176783162432531432////

6a*b51695332371953015214////

（a）150MPa（b）170MPa

圖60.9mm厚鋁板不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣形狀的循環(huán)次數(shù)平均值

19

（a）180MPa（b）200MPa

圖73.0mm厚不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣形狀的循環(huán)次數(shù)平均值

由表6、圖6、圖7可知，對(duì)于厚度0.9mm厚的鋁板，應(yīng)力幅為150MPa時(shí)，a×b、a×3b、a×4b、

3a×b、4a×b疲勞試樣循環(huán)次數(shù)較高，a×5b、3a×3b、4a×3b、5a×b、6a×b循環(huán)次數(shù)稍低；3a×4b、

4a×4b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是試樣稍寬。應(yīng)力幅為170MPa時(shí)，a×b、a×3b、a×4b、3a×b、

3a×3b、4a×3b、等截面試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)；a×5b、4a×b、5a×b、6a×b循環(huán)次數(shù)稍低；3a×4b、

4a×3b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因也是試樣稍寬。因4a×3b循環(huán)次數(shù)較低，4a×4b未做驗(yàn)證驗(yàn)證

試驗(yàn)。

對(duì)于厚度3.0mm厚的鋁板，應(yīng)力幅為180MPa時(shí)，a×b、a×3b、a×4b、a×5b、3a×b、3a×3b、

3a×4b、3a×5b疲勞試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)；應(yīng)力幅為200MPa時(shí)，a×b、a×3b、a×4b、a×5b、3a×b、

3a×3b等截面試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)，3a×4b、3a×5b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是平行長度過

長，試樣剛度下降。

2.4結(jié)論

為避免汽車薄板在拉壓疲勞試驗(yàn)中出現(xiàn)的屈曲問題，應(yīng)使設(shè)計(jì)的疲勞試樣剛度盡可能大。在試

樣厚度a和彈性模量E不變的情況下，b/Lc比值大可提高試樣剛度。但同時(shí)要保證薄板試樣處于

單軸應(yīng)力狀態(tài)，b≥6a時(shí)在試樣的中心產(chǎn)生橫向力矩，將出現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)。綜上，推薦等截面疲

勞試樣，推薦疲勞試樣尺寸為：試驗(yàn)段寬度b=（1～3）a，試樣平行長度Lc=（1～3）b，圓弧半徑

r=（3～10）a。

3、不采用防屈夾具和采用防屈夾具的應(yīng)力疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1驗(yàn)證方案

共進(jìn)行5組驗(yàn)證試驗(yàn)，詳見如下：

厚度小于1mm：強(qiáng)度較低的0.7mm的170P1和0.9毫米的DC06；強(qiáng)度稍高的0.8mm的

CR420-480。

厚度大于1mm：1.2mm的CR420-480和1.2mm的DP980。各鋼種力學(xué)性能見表7。

20

表7力學(xué)性能

鋼級(jí)RP0.2/MPaRm/MPa厚度/mm

170P11703560.7

DC061142970.9

CR210LA2593550.8

CR420-4804305431.2

DP98063110101.2

3.2驗(yàn)證結(jié)果

厚度小于1mm的170P1、DC06、CR420-480試驗(yàn)結(jié)果見表8～表10。

表8厚度0.7mm的170P1鋼試驗(yàn)結(jié)果

循環(huán)次數(shù)N/次

應(yīng)力幅

b=15LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）b=1.6LC=1.6f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）

σa/MPa

123均值123均值123均值

18038480029876545823338059919707840945329489930047710000001000000/1000000

19010877517712730304519631613112266404598008577510000001000000/1000000

200175127236733123567178476900716556170588754073251509876561324567879124

21058964106045212316208022860256422739325298853356249173275208459246

2204691146236342924248024277160282304021115146513143632152624147590

表9厚度0.9mm的DC06鋼試驗(yàn)結(jié)果

循環(huán)次數(shù)N/次

應(yīng)力幅

b=1.2LC=2.5f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）

σa/MPa

123均值123均值

16034015619164840136123108869460289245235212629

17032868220023056421401911291044769678278447

1801909726984203201664535826690455363543788

19012000700011000754838994209733245624993

表10厚度0.8mm的CR210LA鋼試驗(yàn)結(jié)果

循環(huán)次數(shù)N/次

應(yīng)力幅

b=1.5LC=2.5f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）

σa/MPa

123均值123均值

2102863127915314892934578839763749549683570

21

2201984015371140501642058770507574605751861

2301526318166168171674935403369954425038883

240126009363115681117720652188742532721618

由表8、表9、表10可知，對(duì)于厚度0.7mm的170P1鋼、厚度0.9mm的DC06鋼、厚度0.8mm

的CR210LA鋼，所有應(yīng)力水平下，采用防屈曲夾具試樣的循環(huán)次數(shù)均大于不采用防屈曲夾具的循

環(huán)次數(shù)，且寬度8mm試樣的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度15mm的循環(huán)次數(shù)。

厚度大于1mm的CR420-480和DP980試驗(yàn)結(jié)果見表11、12。

表11厚度1.2mm的CR420-480鋼試驗(yàn)結(jié)果

循環(huán)次數(shù)N/次

應(yīng)力幅

b=2.0LC=2.5f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）

σa/MPa

123均值123均值

34011689681212805689289227557589754887345135

3603326828963268962970914564175141488815655

380947510125922296079601965689789412

表12厚度1.2mm的DP980鋼試驗(yàn)結(jié)果

循環(huán)次數(shù)N/次

應(yīng)力幅

b=15LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）b=2LC=4f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）

σa/MPa

123均值123均值123均值

3508797698889108562984768534014234201000000758940527638456786687342557255

37086439716356078972954336170216580465924339558188543305711555994350083

39041354459084467843980864801158179839310023091467903599673492853

410386182713540705354865413452371625015633543581443415094646289

從表11、表12可知，對(duì)于厚度1.2mm的CR420-480鋼和厚度1.2mm的DP980鋼，所有應(yīng)力

水平下，不采用防屈曲夾具試樣的循環(huán)次數(shù)均大于采用防屈曲夾具的循環(huán)次數(shù)，且寬度8mm試樣

的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度15mm的循環(huán)次數(shù)。

3.3結(jié)論

由以上分析可知，對(duì)于厚度小于1mm的汽車鋼，無論是高強(qiáng)度還是低強(qiáng)度，均需采用防屈曲

裝置。因?yàn)椴徊捎梅狼b置，雖然試樣斷裂時(shí)正常斷裂，但是試驗(yàn)過程中位移曲線抖動(dòng)，說明試

樣還是有屈曲現(xiàn)象，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，但采用防屈曲裝置，試驗(yàn)頻率不宜太大，以免因摩擦

22

力導(dǎo)致試樣發(fā)熱影響試驗(yàn)結(jié)果。

對(duì)于厚度大于1mm的汽車鋼板，試驗(yàn)過程中位移曲線平穩(wěn)，無抖動(dòng)現(xiàn)象，建議不采用防屈曲

裝置。采用防屈曲裝置，不可避免會(huì)受到摩擦力的影響，且試驗(yàn)頻率低，試驗(yàn)周期長。

4、比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

與鋼鐵研究總院、上海大學(xué)、山鋼集團(tuán)日照公司共計(jì)三家單位進(jìn)行了汽車薄板軸向應(yīng)力控制疲

勞檢驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)活動(dòng)。選用厚度0.8mm的CR210LA鋼和厚度1.2mm的DP780鋼進(jìn)

行比對(duì)，每鋼種10件，試驗(yàn)溫度為室溫，試驗(yàn)頻率