简便快速材料环境疲劳试验与评估方法

【作者】 王习术； 贾苏； 皮龙石； 纪雄；

【机构】 清华大学 航天航空学院 工程力学系； 日本鹿儿岛大学工学科；

【摘要】 众所周知材料的疲劳试验费时费力且成本高、数据分散,因此研究者尤其是年轻研究工作者都有"畏惧"之感。但是工程领域中往往又迫切需要疲劳实验研究的数据能作为材料或结构的防断裂设计依据,特别是在航空工业以及高速列车系统中的承载部件对疲劳问题的研究需求日益迫切,为了避免这些材料或结构的疲劳断裂所造成的灾难性事故的发生。需要开发一种能简便易行的疲劳试验机来满足实际工业需要,因此它是从事实验研究工作者的一种责任和一项义务。本文介绍一种简便(安装),快速(加载速率从16Hz-80Hz,4根试样同时进行加载),固体材料环境条件下(空气、湿度可调)的旋转弯曲疲劳试验方法和数据分析方法。比如2024(7075-T6)铝合金在不同湿度下的疲劳试验结果表明:铝合金的疲劳寿命在同一环境下疲劳破坏机制在低周(N_f<10~4)、高周(10~7>N_f>10~4)及超高周(N_f>10~7)呈现出不同的特点,尤其是当疲劳寿命大于107后,铝合金的疲劳断裂仍然会突然发生而且其破坏机制由Ⅰ型裂纹扩展向Ⅱ型裂纹扩展转化,其破坏机制逐渐复杂化,许多疲劳失效现象和破坏机制还需要更多的实验和理论分析相结合进行讨论。近年来研究材料超长寿命的实验方法主要是超声波振动式疲劳加载试验可对材料实现2KHz左右的疲劳试验,但由于不是直接对材料得机械式加载,至今在疲劳实验专业内存在一些质疑。因此,机械式加载的高效率、长寿命疲劳试验机便受到人们的青睐如下图1所示。更多还原