金属材料疲劳裂纹扩展速率实验
金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验
金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验一、实验目的和要求1、了解金属材料S—N 曲线的测试方法。
2、了解金属材料疲劳性能测试的有关试验设备。
3、观察金属疲劳破坏断口形貌的特征。
二、实验设备和仪器1、高频疲劳实验机。
2、微机控制扭转疲劳试验机。
3、拉扭组合疲劳试验机。
三、实验原理和方法金属材料在交变应力长期作用下发生局部累计损伤，经一定循环次数突然发生断裂的现象称做疲劳破坏。
疲劳破坏是一个裂纹形成、扩展、直至最终断裂的过程。
在工作应力超过疲劳极限σr 时，由于循环应力的反复交变，构件上应力最大或材料最薄弱的地方首先形成微裂纹，随着循环次数的增加，裂纹按一定速率逐渐扩展，而构件的承载面积逐渐减少，当裂纹面上的应力达到材料的断裂强度时，就突然发生断裂。
裂纹扩展时，高应变塑性区只限于裂纹尖端附近。
断裂时，宏观上没有明显的塑性变形，因此表现为脆断。
疲劳断口明显地分成光滑区（裂纹扩展区）和粗糙区（最后断裂区）。
疲劳断裂破坏常在没有任何先兆的情况下突然发生，具有很大的危险性。
灾难性的疲劳破坏事故引起广泛关注并推动疲劳研究工作不断深入。
经过长期的研究，材料与构件的疲劳形成一门新兴的学科。
金属疲劳试验在对疲劳破坏的机理研究中占有非常重要的地位。
金属材料标准试样在交变应力作用下发生疲劳断裂前所经历的应力循环次数称为材料的疲劳寿命N。
构件的疲劳寿命不仅与交变应力类型、应力幅值有关，同时也与构件形状、尺寸和表面粗糙度等多种因素有关。
应力疲劳试验应采用标准的光滑小试样，在一定的循环特性R（R =σmin/σmax）下，控制循环应力的幅值，测取试样的疲劳寿命N。
应力幅值愈小，疲劳寿命愈长。
对于黑色金属，如碳素钢，若在某种交变应力(如R=-1 的对称循环交变应力)的某一应力水平下经受107 次循环，试样仍未破坏，则可认为该试样在这一应力水平下可以承受无限次循环而不发生破坏。
因此，通常在试验中以对应于寿命N o=107 的最大应力σmax，(作为材料的疲劳极限σr。
Ti_1023钛合金的疲劳裂纹扩展行为
44
Hot Working Technology 2009, Vol.38, No.6
下半月出版
Material & Heat Treatment 材料热处理技术
4 结语
(1) 适当提高双相不锈钢中 N、RE 等合金元 素含量和奥氏体的比率， 采用微量合金添加剂 W、Cu、RE 等是改善高铬双相不锈钢综合性能是 研究方向之一。
式(5)、(6)、(7)分 别 对 应 于 应 力 比 R=0.1、0.3、
0.5，图 4 为按式(5)、(6)、(7)画出的 Ti-1023 合金的
疲劳裂纹扩展速率曲线及结果。 可见，公式(4)对
近门槛区、中部区和快速扩展区都有很好的描述。
3 结论
(1) 在室温条件下，在相同的应力强度因子范 围内，随着应力比的增加，裂纹扩展速率也随着提 高；取样方向对疲劳裂纹扩展速率的影响不大。
1E-4
1E-5
100
1000
ΔK/(N·mm-3/2)
图 3 不同应力比下的 da/dN-ΔK 曲线的比较
Fig.3 The effect of stress ratio on the FCP behavior
门槛值又称基本应力强度因子幅。在特定条件下，
γ 和 ΔKth0 为常数。 由式 2、式 3 可知，应力比 R 增大，引起门槛
[4] SAan Marchi A， Somerday B P，Zelinski J，et al．Mechanical properties of super duplex stainless steel 2507 after gas phase [J]． Thermal Precharging with Hydrogen The Minerals， Metals & Materials Society and ASM International， 2007，39A：1535-1542．
金属材料疲劳裂纹萌生机理与扩展规律概述
金属材料疲劳裂纹萌生机理与扩展规律概述摘要：在飞行器结构中，如机翼与机身连接、发动机和发动机吊架连接等重要连接区的连接结构往往会因为受到严苛的循环载荷而萌生疲劳裂纹，随着疲劳裂纹逐渐扩展，最终导致结构发生断裂失效。
本文根据部分文献和相关书籍，对金属材料的疲劳裂纹萌生机理和扩展规律进行了梳理，结论表明影响裂纹萌生与裂纹扩展的主要参量、裂纹扩展不同阶段的扩展方向均有不同。
关键词：循环滑移；裂纹萌生；裂纹扩展；对于飞行器结构，疲劳裂纹是导致结构失效最主要且最危险的损伤形式之一[1]。
疲劳裂纹作为一种常见的机械损伤失效模式，约占总失效的50%~90%[2]。
在交变载荷、腐蚀环境等作用下，尽管结构的最大工作应力低于材料强度，但是经过一定的服役时间后，结构仍然会萌生疲劳裂纹并逐步扩展。
出现在大梁减轻孔、机身蒙皮、机翼机身接头等关键部位的疲劳裂纹会严重削弱结构的承载能力，其失稳破坏甚至会导致灾难性事故的发生。
因此研究飞行器结构的疲劳裂纹损伤萌生及扩展机理，准确地预测结构的疲劳寿命具有十分重要的工程意义。
1疲劳裂纹的萌生和扩展规律[3]金属结构材料在循环载荷作用下的疲劳损伤演化过程可以分为两个阶段：宏观裂纹萌生阶段和宏观裂纹扩展阶段，两个阶段的区别在于影响疲劳行为的因素，而控不同。
在宏观裂纹萌生阶段，控制裂纹萌生的重要参量是应力集中系数K1制宏观裂纹扩展的参量则是应力强度因子K。
从图1中可以看出，宏观裂纹萌生阶段可以细分为两个子阶段：一是微裂纹形核阶段；二是微裂纹扩展阶段，即微裂纹因扩展或相互作用而聚集合并，形成“主导”宏观裂纹的过程。
微裂纹扩展阶段和宏观裂纹扩展阶段的交点通常认为是裂纹萌生与扩展的分界线，但实际上这个临界点的精确定义是无法定量描述，一般定性地认为：当微裂纹扩展不在依赖于自由表面状况时，裂纹萌生阶段结束。
图1 疲劳损伤演化[4]1.1 疲劳裂纹的萌生在很多情况下，裂纹萌生寿命占到疲劳寿命相当大的一部分，例如在高周疲劳中裂纹萌生寿命占总寿命的80%~90%，在超高周疲劳中裂纹萌生寿命可占到总寿命的99%，因此裂纹萌生阶段在整个金属材料疲劳过程中占有极为重要的地位。
材料疲劳裂纹扩展研究综述
材料疲劳裂纹扩展研究综述摘要:疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。
论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。
总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型，并讨论了“塑性钝化模型”和“裂纹闭合效应”与实际观察结果存在的矛盾温度、载荷频率和应力比是影响材料疲劳裂纹扩展行为的主要因素。
发展相关理论和方法，正确认识影响机理，科学预测疲劳裂纹扩展行为一直是人们追求的目标。
指出了常用理论的不足，对新的研究方法进行了论述。
关键词: 温度; 载荷频率; 应力比; 理论; 方法; 疲劳裂纹扩展1 前言19世纪40年代随着断裂力学的兴起，人们对于材料疲劳寿命的研究重点逐渐由不考虑裂纹的传统疲劳转向了主要考察裂纹扩展的断裂疲劳。
尽量准确地估算构件的剩余疲劳寿命是人们研究材料疲劳扩展行为的一个重要目的。
然而，材料的疲劳裂纹扩展研究涉及了力学、材料、机械设计与加工工艺等诸多学科，材料、载荷条件、使用环境等诸多因素都对疲劳破坏有着显著的影响，这给研究工作带来了极大困难。
正因为此，虽然对于疲劳的研究取得了大量有意义的研究成果，但仍有很多问题存在着争议，很多学者还在不断的研究和探讨，力求得到更加准确的解决疲劳裂纹扩展问题的方法和理论。
经过几十年的发展，人们已经认识到断裂力学是研究结构和构件疲劳裂纹扩展有力而现实的工具。
现代断裂力学理论的成就和工程实际的迫切需要，促进了疲劳断裂研究的迅速发展。
如Rice的疲劳裂纹扩展力学分析(1967年) ，Elber的裂纹闭合理论(1971年) ，Wheeler 等的超载迟滞模型(1970年) ，Hudak等关于裂纹扩展速率标准的测试方法，Sadananda和Vasudevan ( 1998年)的两参数理论等都取得了一定成果。
本文将对其研究中存在问题、常用方法和理论模型、以及温度、载荷频率和应力比对疲劳裂纹扩展影响的研究成果和新近发展起来的相关理论进行介绍。
金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法
金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法疲劳裂纹扩展速率试验是评估金属材料疲劳断裂性能的重要手段之一。
其主要目的是通过测定金属材料在一定应力或应变下裂纹扩展速率，推断材料的疲劳断裂特性。
本文将详细介绍金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法。
一、实验基本原理金属材料在疲劳加载下会发生裂纹扩展，其速率是随时间变化的。
实验的基本原理是通过测量裂纹长度的变化，得出裂纹扩展速率，并通过相关的公式计算出疲劳寿命。
在实验过程中，通过施加交变载荷对试样进行疲劳加载，使其发生裂纹扩展现象。
然后使用裂纹测距仪或其他测量工具来测量裂纹长度的变化，并记录下应力或应变的变化情况。
最后，通过计算得出裂纹扩展速率以及疲劳寿命。
二、实验步骤1、试样制备试样的制备必须符合国际或国家标准，包括试样形状、尺寸、加工方法等。
试样的表面必须处理成光洁、平整，以消除位错、原子间缺陷等对裂纹扩展的影响。
2、装置组装实验所需装置包括疲劳试验机、负载传感器、数据采集卡等。
其组装必须符合相关标准和要求，同时需要进行校准以保证实验的准确性。
3、实验参数配置实验参数包括加载频率、载荷幅值、初始裂纹长度等。
这些参数的选择需要根据试样材料、几何形状和实验条件等因素进行设计，并进行相关的调试和验证。
4、试样安装试样应固定在试验机上，确保其稳定、平衡和正确位置，以减少偏差和错误的影响。
同时应注意试样的安装方式必须符合标准，并严格遵守相关操作规程和安全操作要求。
5、实验数据采集实验数据采集包括载荷、位移、裂纹长度等多个参数。
这些参数应该在试验过程中全面、准确地进行采集和记录，并及时保存和处理。
6、数据分析和处理实验数据需要进行分析和处理，包括计算裂纹扩展速率、绘制裂纹扩展曲线、计算疲劳寿命等。
同时需要进行数据的统计和分析，以验证实验结果的可靠性和准确性。
三、实验注意事项1、实验人员必须严格遵守安全操作规范，保证安全操作。
2、试样的制备和安装必须符合标准和规范，以消除偏差、误差等影响。
金属疲劳试验
金属疲劳试验主讲教师:一、实验目的1. 了解疲劳试验的基本原理。
2. 掌握疲劳极限、S-N曲线的测试方法。
二、实验原理1．疲劳抗力指标的意义目前评定金属材料疲劳性能的基本方法就是通过试验测定其S-N曲线(疲劳曲线)，即建立最大应力σmax 或应力振幅σα与其相应的断裂循环周次N之间的关系曲线。
不同金属材料的S-N曲线形状是不同的，大致可以分为两类，如图1所示。
其中一类曲线从某应力水平以下开始出现明显的水平部分，如图1(a)所示。
这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。
这表明当所加交变应力降低到这个水平数值时，试样可承受无限次应力循环而不断裂。
因此将水平部分所对应的应力称之为金属的疲劳极限，用符号σR 表示(R为最小应力与最大应力之比，称为应力比)。
若试验在对称循环应力(即R=-1)下进行，则其疲劳极限以σ-1表示。
中低强度结构钢、铸铁等材料的S-N曲线属于这一类。
对这一类材料在测试其疲劳极限时，不可能做到无限次应力循环，而试验表明，这类材料在交变应力作用下，如果应力循环达到107周次不断裂，则表明它可承受无限次应力循环也不会断裂，所以对这类材料常用107周次作为测定疲劳极限的基数。
另一类疲劳曲线没有水平部分，其特点是随应力降低，循环周次N不断增大，但不存在无限寿命。
如图1(b)所示。
在这种情况下，常根据实际需要定出一定循环周次(108或5×107…)下所对应的应力作为金属材料的“条件疲劳极限”，用符号σR(N)表示。
2．S-N 曲线的测定(1) 条件疲劳极限的测定测试条件疲劳极限采用升降法，试件取13根以上。
每级应力增量取预计疲劳极限的5％以内。
第一根试件的试验应力水平略高于预计疲劳极限。
根据上根试件的试验结果，是失效还是通过（即达到循环基数不破坏）来决定下根试件应力增量是减还是增，失效则减，通过则增。
直到全部试件做完。
第一次出现相反结果（失效和通过，或通过和失效）以前的试验数据，如在以后试验数据波动范围之外，则予以舍弃；否则，作为有效数据，连同其他数据加以利用，按下列公式计算疲劳极限：()11n R N i i i v m σσ==∑ 1式中m——有效试验总次数；n—应力水平级数；—第i级应力水平；—第i级应力水平下的试验次数。
金属结构裂纹扩展速率计算及其软件化
式中：Y (Δσ)=(θ, a ,Δσb , Δσm )，是裂纹尺寸和应力范围的函数。
输入初始裂纹尺寸a 0，按如下公式计算K 1、K 2、K 3、K 4，即可得到加载一次循环载荷后的裂纹a i+1。
式中：h 为步长，步长越小，计算结果越精确。
将新的裂纹尺寸a i+1代入载荷比Lr 和断裂比Kr 的公式，判定其在FAD 曲线中的位置。
如果此时裂纹没有断裂，则继续循环计算a i+1直到某次裂纹发生断裂，输出此时的循环次数N 。
2 软件开发为验证四阶龙格库塔法计算裂纹扩展速率的准确性，本文在遵循断裂力学理论以及BS7910标准的基础上，编制相关计算软件，并与商业软件Crack Wise 评价结果进行比较。
选取南海某采油平台带裂纹的桩腿结构为案例。
首先输入裂纹尺寸参数，裂纹类型为表面裂纹，裂纹长度51mm ，裂纹深度2.3mm ；其次输入管节点形状及其材料参数，材料等级为0 引言金属结构的裂纹扩展计算通常可依据英国标准BS7910《金属结构缺陷验收评价方法导则》，该标准中的缺陷扩展速率满足Paris 法则。
行业上一般采用积分法和Cycle by Cycle 法求解Paris 公式[1-2]，但积分法认为应力强度因子在小积分区域内为一常数，不能反应裂纹的扩展情况；Cycle by Cycle 方法每一步都重新计算应力强度因子，其实际为欧拉法求解微分方程，当步数增多时，累积误差会越来越大。
龙格-库塔法是一种在工程上应用广泛的微分方程计算方法，本文采用龙格库塔法求解Paris 公式，裂纹每扩展一次就计算一次裂纹尖端的应力强度因子，既反映了裂纹的实际扩展情况，又提高了计算精度。
1 裂纹扩展计算方法BS7910标准中使用的裂纹扩展速率d a /d N 的计算满足Paris 公式，即： (1)式中：N 为应力循环次数；a 为裂纹深度；A 和m 是由材料、加载条件，环境、循环频率所决定的常数。
ΔK 是应力强度因子范围，是裂纹尺寸及应力范围的函数。
P110钢和13Cr不锈钢的腐蚀疲劳裂纹扩展研究
wt%）Cu图1 P110钢金相组织图2 13Cr钢金相组织根据GB/T 6398-2000（金属材料疲劳裂纹扩展速率实验方法）和GB/T 20120.2-2006（金属和合金的疲劳试验），并结合外径为197mm，壁厚为管柱和外径为177.8mm，壁厚为17mm管柱，确定标准C(T)试样的具体尺寸，试样裂纹方向与油管轴向一致。
图3、图4分别为P110和管的取样位置示意图。
图5为油井管材料C(T)工的实际尺寸。
图3 P110油管取样示意图图4 13Cr油管取样示意图6 PLD-200kN疲劳试验机图7 读数显微镜装置读数显微镜是将放大裂纹传送到计算机，实时1. 有机玻璃上箱体；2. 橡胶垫圈；3. 玻璃垫圈；4. 下箱体；5. 试样夹头图8 腐蚀环境盒结构示意图扫描电镜装置为日本电子公司生产的JSM-6390型扫描电镜，通过扫描电镜观察腐蚀产物膜形貌，疲劳、腐蚀疲劳断口，如图9所示。
图9 扫描电镜实物图1.2 实验内容本文实验分为5组，分别研究了频率对P110钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响；介质对P110钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响；介质对13Cr钢的腐蚀钢分别在下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的差上）、图10 P110钢不同频率下的裂纹扩展速率曲线由图10可见，频率越低，裂纹扩展速率越快。
因为频率越低，每个周期内裂纹张开的时间越长，则每个周期内的腐蚀损伤时间越长，裂纹尖端会生成较厚的腐蚀产物膜，在交变载荷作用下产物膜脱落，新鲜金属表面裸露被重新腐蚀，应力损伤促进了腐蚀作用，腐蚀和应力损伤共同作用时，两者相互促进，加快了金属的断裂失效。
2.2 介质对P110钢和13Cr钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响P110钢和13Cr钢的CT试样通过夹具夹持在疲劳试验机夹头，频率为1Hz，腐蚀介质为3.5wt%Nacl液，pH值分别为7和3，采用应力比为0.1的正弦波进行应力加载，最大应力12kN，最小1.2kN。
首先预裂2mm，随着裂纹的扩展，不断降低最大应力，且每次降载幅度小于10%。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一.《金属材料疲劳裂纹扩展速率实验》实验指导书飞机结构强度实验室2007年3月金属材料疲劳裂纹扩展速率实验1 试验目的1．了解疲劳裂纹扩展试验的基本原理2．掌握金属材料疲劳裂纹扩展速率试验测定方法 3．掌握疲劳裂纹扩展试验测定装置的使用方法 4．掌握疲劳裂纹扩展数据处理方法 2 基本原理结构在交变载荷的作用下，其使用寿命分为裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两部分。
裂纹形成寿命为由微观缺陷发展到宏观可检裂纹所对应的寿命，裂纹扩展寿命则是由宏观可检裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命，裂纹扩展由断裂力学方法确定。
疲劳裂纹扩展速率裂纹扩展速率dN da ，即交变载荷每循环一次所对应的裂纹扩展量，在疲劳裂纹扩展过程中，dN da 不断变化，每一瞬时的dN da 即为裂纹长度a 随交变载荷循环数N 变化的N a -曲线在该点的斜率。
裂纹扩展速率dN da 受裂纹前缘的交变应力场的控制，主要是裂纹尖端的交变应力强度因子的范围K ∆和交变载荷的应力比R 。
线弹性断裂力学认为，在应力比不变的交变载荷的作用下，dN da 随K ∆的变化关系在双对数坐标系上呈图1所示的形状。
ⅠⅡⅢlog (∆K )∆K c∆K thlog(d a /d N )图1 d d a N K -∆曲线形状K dN da ∆-曲线分成三个阶段：低速扩展段I 、稳定扩展段II 和快速扩展段III ，阶段I 存在的垂直渐进线th K K ∆=∆称为裂纹扩展门槛值，当th K K ∆<∆时裂纹停止扩展，阶段III 存在的垂直渐进线c K K ∆=∆为材料的断裂韧度。
阶段III 对应的裂纹扩展寿命在整个裂纹扩展过程中所占的比例很小，对使用寿命的影响也很小，因此建立描述裂纹扩展速率的公式时主要考虑裂纹扩展的I 、II 阶段。
常用的描述裂纹扩展速率的公式有Paris 公式（式1）、Walker 公式（式2）、Forman公式（式3）、Hartman 公式（式4）、Klesnil 公式（式5）、IAB 公式（式6）等。
d d ()n a N C K =∆(1)()max d d 1nma N C R K ⎡⎤=-⎣⎦(2) ()()d d 1nc a N C K K R K =∆--∆⎡⎤⎣⎦(3) ()d d nth a N C K K =∆-∆(4) ()d d n nth a N C K K =∆-∆(5)()()d d 1n nth c a N C K K K R K =∆-∆--∆⎡⎤⎣⎦(6)Paris 公式由于形式简单，一直得到广泛的应用，它能够较好的描述裂纹扩展的第II 阶段。
Walker 公式也主要用于描述裂纹扩展的第II 阶段，它是Paris 公式的改型，增加了对应力比R 的考虑。
Forman 公式可以更好的描述裂纹扩展的第III 阶段。
Hartman 公式和Klesnil 主要用于描述第I 阶段的裂纹扩展规律。
IAB 公式可以全面的描述裂纹扩展的三个阶段，但公式的复杂性就定了它在工程应用中不多。
影响疲劳裂纹扩展的因素1．与材料有关的影响因素（1）材料产品的类型。
如板材、挤压件、锻件等。
对于相同的材料，若产品类型不同，则dN da 会有明显的差别。
（2）热处理工艺。
材料成分相同，但热处理工艺不同，会导致材料的微观组织的差别，从而影响材料对裂纹扩展的阻力，造成dN da 的不同。
（3）厚度。
由相同材料制成的构建，厚度不同，则在裂纹尖端附近材料处于不同的应力状态，随着厚度的增加，dN da 呈加大的趋势。
2．与环境有关的因素（1）腐蚀介质。
腐蚀疲劳裂纹扩展包含两部分裂纹扩展机制，应力腐蚀作用下的裂纹长度随时间的扩展速率和交变载荷所引起的疲劳裂纹扩展。
通常腐蚀条件下的裂纹扩展速率会高于惰性气体环境（干燥空气）中的疲劳裂纹扩展速率，并与加载频率和波形有关。
（2）温度。
因为材料的塑性行为与温度有关，在较高的温度下，循环塑性变形易于进行，dN da 将增大。
高温下的疲劳裂纹扩展速率也与加载频率和波形有密切关系。
（3）加载频率和波形。
在惰性环境（干燥气体）和室温条件下，在常用的加载频率内，频率对dN da 的影响不显著。
在惰性环境与室温下载荷波形对dN da 的影响也不明显。
在相同的腐蚀介质和（或）高温条件下，通常频率越低，dN da 越大，且变化比较显著，波形的影响也不可忽略，一次循环中较大在和施加的时间越长，则dN da 越大。
3 试验装置和试样本试验是测定金属材料在试验室空气环境下裂纹稳定扩展阶段的裂纹扩展速率。
试验装置疲劳裂纹扩展速率试验允许在不同类型的拉压疲劳试验机上进行，但必须满足：1）使试样受载对称分布；2）在静态下校正载荷，其误差不超过%1±，示值变动度不超过1%；在动态下校正载荷，其误差不超过%3±；3）带有准确的计数装置。
CT 试样的加载装置为U 型夹具，其材料的条件屈服强度2.0σ应大于2m MN ，销钉与销孔间隙应设计得使摩擦减至最小。
CCT 试样的加载装置应保证在整个试验过程中试样工作区域内应力均匀分布，为限制屈曲，薄板试样必须采用约束导板。
试样金属材料的疲劳裂纹扩展试验可以采用标准CT （图2）试样或标准CCT （图3）试样。
试样厚度：对于CT 试样而言，推荐厚度范围为420W B W ≤≤（mm W 25≥）；对于CCT 试样，推荐试样厚度上限为W ，所必要的最小厚度要能避免屈曲。
试样宽度：为测得有效的试验数据，应根据材料的条件屈服强度2.0σ以及预期的最大应力强度因子的极限值L K max 和CT 试样的W a 或CCT 试样的W a 2极限值选择试样的最小可宽度W 。
试样切口：CT 试样的切口长度n a 应不小于W 2.0。
CCT 试样的切口前缘到中心的距离n a 应不小于中心孔径的3倍，当采用柔度法测量裂纹长度时，建议中心裂纹长度n a 2不小于W 2.0。
试样切口可通过铣切、线切割和其他方法加工而成。
试样不可避免地会存在残余应力，它有可能引起疲劳裂纹扩展速率的变化。
通过选择合适的试样形状和尺寸及合理的试样加工与热处理工艺等，使残余应力对疲劳裂纹扩展速率的影响尽量减小。
疲劳裂纹扩展速率并非总是与试样的几何形状无关，试样厚度的变化对疲劳裂纹扩展速率的影响有可能增大、减小或保持不变，因此，对试样的厚度效应应当引起注意。
0.002W A 0.002W A2-φ 0.25W +0.050.002W A0.002W A 0.002W A0.002W A0.80.8a n aW ±0.005W1.25W ±0.01W0.275W ±0.005W0.275W ±0.005W0.6W ±0.005W0.6W ±0.005WB AC图2 标准CT 试样图0.001W C-D2-φ W /3D C0.001W C-D≥W ≥W≥W/2≥W/20.80.8A0.050.05A图3 mm W 75≤的标准CCT 试样图4 试验过程试样尺寸测量用精度为0.01mm 的量具在试样的韧带区域三点处测量厚度B ，取平均值。
用精度不低于W 的量具在试样的裂纹所在截面附近测量宽度W 。
预制疲劳裂纹预制疲劳裂纹时应使最大载荷max P 的误差控制在%5±以内，预制疲劳裂纹最后一级的最大载荷不得超过开始记录试验数据时的最大载荷值，须把较高的载荷分级降到试验最大载荷，每级下降率不得大于%20。
为防止试验时的瞬变效应，每一级加载范围应使裂纹长度扩展量不小于()()22.0max3σπK '，其中max K '为上一级载荷最后的最大应力强度因子max K 值。
在前后表面上从切口顶端到疲劳裂纹尖端测量裂纹长度（CCT 试样前后表面均要测左右两个裂纹长度），测量应准确到0.1mm 或W 中较大的一个，所测各个裂纹长度均应大于B 和缺口宽度h ，但不得小于2.5mm 。
若前后表面裂纹长度测量值之差超过B 或左右两侧裂纹长度测量值之差超过W ，则试验无效。
疲劳裂纹扩展试验在试验载荷下记录若干个循环数及其对应的裂纹长度。
试验中应注意：1）应保持载荷稳定和避免过载迟滞效应；2）当存在环境影响时，必须考虑载荷水平、频率和波形的影响；3）若长时间中断试验，而中断后的裂纹扩展速率比中断前小，则试验无效；4）试验中任何一点平均穿透疲劳裂纹与试样对称平面的偏离大于5度，此点数据无效；5）在试验中某一点处前后表面裂纹长度测量值相差超过W ，则此点数据无效。
裂纹长度测量裂纹长度的测量可以采用目测法、柔度法、点位法等，这里采用目测法进行测量。
用目测法或等效的方法测量疲劳裂纹长度时，测量精度应不低于0.1mm 及W 中较大的一个。
测量裂纹长度最好在不中断试验的情况下进行，若需中断试验测量时，应满足：1）中段时间应减至最少；2）为增加裂纹尖端的清晰度，可加静载，其值应小于最大试验载荷。
裂纹增量a ∆的测量间隔应使K dN da ∆-数据点接近均匀分布。
在任何情况下，最小的a ∆应为0.25mm 或10倍于裂纹长度测量的精度，取两者中的较大值。
用目测法测量裂纹长度时，当W B 小于时，只需在一个表面上测量裂纹长度，对CCT 试样要在左右两侧的两裂纹长度，取平均值。
当W B 大于时，则需在前后两个表面上测量裂纹长度，取平均值，对于CCT 试样则需要在前后表面的左右两侧测量四个裂纹长度，取平均值。
5 试验结果处理裂纹曲率的修正试验结束之后检验断口，以确定裂纹前缘曲率范围，若需要进行曲率修正，且裂纹前缘线条明显，则至少在两个位置（例如预制裂纹和极限裂纹）测量厚度方向()B 41、()B 21、()B 43三点处的裂纹长度，其平均值与试验记录的相应裂纹长度之差即为曲率修正量。
在任何一个位置上，由平均裂纹长度计算出的应力强度因子和由试验裂纹长度计算出的应力强度因子相差大于5%，则需要进行曲率修正。
裂纹曲率修正量不是一个恒量，当它随裂纹伸长而单调增加或减少时，则采用线性内插法修正中间各数据点。
疲劳裂纹扩展速率的确定由()N a ,数据得到dN da 时，建议采用递推多项式方法进行局部拟合求导，以确定疲劳裂纹扩展速率和裂纹长度的拟合值队任一试验数据点()i 即前后各几点，共()12+n 个连续数据点，采用如下二次多项式进行拟合求导：22122110ˆ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=C C N b C C N b b a i i i (7)式中，1121+≤-≤-C C N i ，()n i n i N N C -++=211，()n i n i N N C -+-=212，n i n i a a a +-≤≤ 系数0b 、1b 、2b 是在()n i n i a a +-,区间按最小二乘法（即使裂纹长度观测值与拟合值之间的偏差平方和最小）确定的回归参数。