材料的疲劳试验策划
选修实验三
一、定金属材料应力疲劳性能和应变疲劳性能的主要方法； 2）了解进行金属材料疲劳性能测试的有关试验设备； 3）观察疲劳破坏断口的特征。 二、实验原理 1）应力疲劳试验 材料承受交变载荷破坏前所经历的循环次数称其为疲劳寿命 N。施加的应力 愈小，疲劳寿命愈长。对于一般碳素钢，如果在某一交变应力水平下经受 10 次 循环仍未破坏，则实际上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 10 次循环的最大应力 max 作为疲劳极限 r 。但是，对于有色金属和某 些合金钢却不存在这一性质，在经受 10 次循环后，仍会发生破坏。因之，常以 破坏循环次数为 10 或 10 所对应的最大应力值作为条件疲劳极限，此处 10 或 10 称为循环基数。 任何高于疲劳极限的循环最大应力 max ，都会对应低于循环基数的某一寿命 N。 把通过试验得到的一系列不同循环最大应力 max 和寿命 N 的数据以及疲劳极 限数据，以 max 为纵坐标 N 为横坐标，可以绘出最大 max 与疲劳寿命 N 的关系 曲线，即 max ～N 曲线，通常称为 S～N 曲线。用 S～N 曲线来表征材料的应力 疲劳性能。图 1 表示一般碳素钢的 S～N 曲线形式。
8 7 8 7 7 7 7
图 1 碳素钢的S～N 曲线
通常取 8~10 根光滑小试样采取不同最大应力水平得出一系列 max 和寿命 N 的数据，用曲线或直线拟合，即可得到 S～N 曲线。试验过程中对各级应力水平 要精心选择，以便用少数试样测得较理想结果。 2）应变疲劳试验 许多工程构件都存在应力集中区，如孔边、沟槽、过渡截面处、内部缺陷等。 当零构件受到周期性的外载荷作用时，虽然总体上处于弹性范围内工作，但在应 力集中区的材料则会进入弹塑性状态。随着外载荷循环周次的增加，应力集中区 的循环塑性应变导致了裂纹的萌生、扩展直至使零构件断裂。研究材料的应变疲 劳性能，可以了解零构件应力集中区的应力-应变行为，为估算零构件的疲劳寿 命提供更为可靠的依据。 当材料进入以塑性应变为主的弹塑性状态时，只有以应变为控制参量才能测 取材料的疲劳性能。控制总应变幅值对光滑小试样进行循环加载，可绘制出应力 -应变滞后回线（图 2） ，在多级不同总应变幅值 i 控制下可测得相应的疲劳寿 命，进而得到材料的循环应力-应变曲线（图 3）和应变-疲劳寿命曲线即 i - N f 曲线 （图 4） 。 应用这些曲线提供的材料应变疲劳性能， 可对零构件的安全寿命 N f 进行估算。 需要使用具有高精度应变控制功能的电液伺服疲劳试验机才能完成材料的 应变疲劳性能的测试工作。
图 2 应力-应变滞后回线
图 3 循环应力-应变曲线
图 4 应变-疲劳寿命曲线
三、实验材料与样品 圆柱型光滑弯曲疲劳试样、圆柱型缺口弯曲疲劳试样 四、实验仪器 纯弯曲式疲劳试验机，高频疲劳试验机，电液伺服疲劳试验机，长焦距显微 镜。 五、实验步骤（演示） 1）观察疲劳破坏实物，了解疲劳断口形貌特征； 2）观看纯弯曲式疲劳试验机（莫尔疲劳试验机） ，讲解工作原理。开启电源，转 动电机转速调节器由零逐渐加快，观察其工作状态； 3）观看高频疲劳试验机，讲解工作原理。开启电源，观察试样振动情况； 4）观看电液伺服疲劳试验机，讲解工作原理。开动试验机，演示位移控制模式 下的动作，演示在应变控制下的应力-应变滞后回线测绘。 5）用长焦距显微镜观察疲劳裂纹的扩展情况。 六、数据处理 说明本实验所用设备的型号、画出试样草图 七、思考题 1）为什么高周疲劳多用应力控制，低周疲劳多用应变控制? 2）说明应力-应变滞后回线的意义 八、注意事项 1）实验前，一定预习实验指导书。 2）观看实验时，一定要仔细认真，注意不同疲劳实验的特点和工作原理。
MTS 材料试验系统介绍
Length
ForcCeonditioner StCraoinditioner
Conditioner
Reaction
LC
Frame
Closed
Feedback
Loop
Selector Valve Amp.
Prog. In. Summing
Junction
P
R
Hydraulic Actuator
Hydraulic Power Supply
MTS 材料试验系统发展简述
计算机自动控制方面，先后由PDPll / 23 小型计 算机和Micro PDPll 小型计算机到运算速度更快、 内存更人的先进的PC 计算机。在辅助设备方面， 例如夹头、夹具、引伸仪、高低温环境箱等均不断 创新。可以说MTS 测试系统随着时代的发展而日 新月异。 对于材料及其零部件实际工况下的性能测试技术一 直是MTS 公司所关注的，特别是进入21 世纪， MTS 公司在极端环境、危险环境、多向应力状态 等测试技术领域均有相应的试验系统。
MTS 材料试验系统发展简述
自20 世纪80 年代以来，MTS 公司的测试系统 的系列不断更新。MTS 810 系列、MTS880 系 列、MTS New 810 系列和MTS Teststar 系列 相继出现。在控制系统方面，从20 世纪70 年代 的MTS 442 控制系统到20 世纪80 年代末期的 MTS 448 、MTS 458 控制器，再到20 世纪 90 年代的MTS Teststartll 全数字控制装置。
MTS 材料试验系统发展简述
1959 年美国政府急需一种测试方法和技 术以真实再现复杂载荷条件和工作环境， 并与民用喷气机上所用材料已知的断裂情 况联系起来，特指定明尼苏达州明尼阿波 利斯的一家公司执行该项研究任务。这家 公司就是“研究有限公司”，也就是今天 的MTS 系统有限公司的母公司。该研究 项目的策划工程师约翰逊后来成为MTS 公司的第一任总裁。
课件-第2章 试验荷载与加载方法
10000kN大型多功能试验机系统（同济大学建筑结构试验室）
第2章 试验荷载与加载方法
思考：液压加载系统的不足 荷载不能循环，不可动
第2章 试验荷载与加载方法
2.5.3 电液伺服液压系统
电液伺服加载设备是目前最先进的加载设备。 电液伺服技术可较为精确控制试件变形和作用外力，产 生真实的试验状态。可用以模拟各种振动荷载，特别是地 震、海浪等荷载对结构物的影响。 适用于进行结构抗震研究的伪静力试验、拟动力试验和 地震模拟振动台试验。
水管
标尺 防水胶布 侧向挡板 试件
用水作均布荷载的试验 优点 缺点
从标尺的水深就可知道荷载值的大小，卸载也方便 全部承载面被水掩盖，不利于布置仪表和观测。结构较大变 形时，水存在不均匀性。
第2章 试验荷载与加载方法
2.2.2 杠杆加载方法
重物作集中荷载试验时，常采用杠杆原理将荷载值放大，如 下图所示。
液压加载器：
液压千斤顶
电动泵
27
第2章 试验荷载与加载方法
2.5.1 液压加载系统
液压加载系统组成： 油泵 油管系统 千斤顶加载控制台 加载架 试验台
液压系统加载装置
1-油泵；2-油管；3-横梁；4-立柱；5-台座； 6-千斤顶；7-试件；8-支墩；9-测力计
第2章 试验荷载与加载方法
杠杆加法
1-试件；2-重物；3-支座；4-支墩；5-荷载盘；6-分配梁支座； 7-分配梁；8-加载支点；9-杠杆；10-荷载支架；11-杠杆平衡重
第2章 试验荷载与加载方法
2.2.2 杠杆加载方法
现场试验，杠杆反力支点可用重物、桩基础、墙洞或反弯梁 等支承。
墙洞支承
重物支承
反弯梁支承
桩支承
APQP
10.倒角
11.去毛 刺
12.渗碳 淬火
13.推孔
成品仓库
15.检验
14.珩齿
初始过程流程图
1.11 产品和过程特殊特性的初始清单
小组应确保制定出通过对有关顾客需要和期望 的输入的分析而得出的产品和过程的特殊特性 的初始清单，基于以下方面制定： 基于顾客需要和期望分析的产品设想 可靠性目标/要求的确定 从预期的制造过程中确定的过程特殊特性 类似零件的失效模式及后果分析（FMEA）
评审
硬件 市场调研 设计和开发 策划 （产品要求） 可行性 报告
任务 输 产品设计 输 书
入
试
鉴
定
试 验
软件
流程性材料
开发 验证 确认
出
验
服务
产 品
2.5 样件制造-控制计划
是对样件制造过程中的尺寸测量和材料与功能试验的描 述 由顾客提供之工程图样可包括应在控制计划上出现的特 殊特性（政府法规和安全性） 图样应由策划小组评审及决定哪些特性影响配合、功能、 耐久性和/或政府法规、安全性要求 应确定哪些特性影响功能、耐久性和外观要求
≤0.008mm ≤0.022mm ≤0.022mm
关 键 特 性
产品特性
C圆柱度 D径向跳动 E端面跳动
渗炭浓度
过程特性 淬火温度 淬火时间 重要 特性 产品特性 过程特性 F倒角 弯曲疲劳寿命 无
××
×× ×× 2×45° 符合××标准
G
G G Z Z
2.12 量具/试验设备要求 量具/试验设备要求得到识别 将这些要求增加到进度图表中
成功的标杆确定方法为：
识别合适的标杆 了解现况和标杆之间产生差距的原因 制定缩小与标杆差距、符合标杆或超过标杆的计划
(APQP)产品质量先期策划案例
(APQP)产品质量先期策划案例产品质量先期策划(APQP)实例思路，以下提供一个假想的案例，内部可能会有不符合。
SPIKE公司生产汽车齿轮零件并提供给DER公司进行组装，DER将SPIKE提供的齿轮产品与其他零部件一起组装成汽车分总成零件再提供给某汽车整车厂顾客。
2004-3-13，DER向SPIKE公司的业务部发来一份EMALL如下:XXXX 本公司希望你公司设计和生产FD981两极同轴斜齿圆柱齿轮减速器零件(我们将提供一个齿轮零件样品,该样品为零件的真实尺寸要求),其他要求如下:=40 KW,齿轮转速n1=1 450 r/min,齿数比I=u=3.8,工作寿命10年,每年工齿轮装置的传递功率P1 作360天,每天工作16h,工作时载荷状态平稳,双向运转,结构紧凑等。
需要按PPAP等级3进行相关批准。
如能获得批准将可获得年批量为XX的订单。
根据我们的开发进度,该产品的进度安排为: 在2004年5月13日,提交设计样件3个并附送相关设计图纸,设计样件全性能试验和全尺寸检验报告,其他按APQP手册进行。
2004年5月14日,提交生产件50个并按PPAP等级3附送相关资料。
希望你们确认后根据进度和要求安排相关的质量策划过程以配合我们的工作。
XXX DER公司2004年3月13日 APQP第一步:计划和确定项目一、这个阶段公司根据顾客要求,定义项目并确定项目范围,将顾客的要求和样品确认后转化为公司的内部文件,并通过项目任务书立项.项目任务书如下:项目定义(例):产品定义:两极同轴式斜齿轮圆柱齿轮减速器; 产品要求:1. 外观要求:XX2. 技术要求:齿轮装置的传递功率P=40 KW,齿轮转速n1=1 450 r/min,齿数比I=u=3.8,工作寿命110年,每年工作360天,每天工作16h,工作时载荷状态平稳,双向运转,结构紧凑等。
3. 成本:4. 安全性:5. 工作范围:XX齿轮零件的设计到生产的策划;6. 时间进度:2004-5-13,提交顾客设计样件批准; 2004-11-14,PPAP提交7. 人员:公司内8人参与;8. 风险;XX二、由公司建立了跨部门的APQP小组,该小组由于为第一次进行APQP活动,基本上在开始阶段包括了质量、生产、技术、业务、采购、财务等部门的人员参加。
试验年度工作总结范文(3篇)
第1篇一、前言随着我国科技事业的不断发展，试验工作作为科技创新的重要环节，在推动科技进步、保障国家安全、促进经济社会发展等方面发挥着越来越重要的作用。
在过去的一年里，我单位紧紧围绕国家战略需求，紧密结合试验工作实际，认真贯彻落实上级各项决策部署，全面推进试验工作取得了一系列显著成效。
现将年度试验工作总结如下：二、试验工作回顾（一）试验任务完成情况1. 科研试验任务本年度，我单位共承担了20项科研试验任务，涉及航天、航空、船舶、兵器等多个领域。
通过全体试验人员的共同努力，圆满完成了各项试验任务，为我国国防科技和工业发展提供了有力支撑。
2. 生产试验任务在生产试验方面，我单位共完成了30项生产试验任务，涵盖了新型武器装备、关键设备等多个领域。
试验结果表明，各项产品性能指标均达到设计要求，为后续生产提供了可靠保障。
3. 质量监督试验任务本年度，我单位共开展了50余次质量监督试验，涉及产品质量、安全等方面。
通过严格的质量监督，有效保障了产品质量，降低了生产风险。
（二）试验技术创新1. 试验方法创新针对试验工作中遇到的新问题，我单位积极开展试验方法创新，研发出了一批具有自主知识产权的试验方法。
例如，针对某新型材料疲劳试验，我们成功研发了一种新型试验装置，提高了试验效率和准确性。
2. 试验设备创新为满足试验需求，我单位加大了试验设备研发力度，成功研制了多项新型试验设备。
例如，针对某武器系统振动试验，我们研制了一款新型振动试验台，有效提高了试验精度和可靠性。
（三）人才培养与引进1. 人才培养本年度，我单位积极开展人才培养工作，通过内部培训、外部交流等多种方式，提升了试验人员的专业技能和综合素质。
同时，加强了对青年人才的培养，为试验工作注入了新的活力。
2. 人才引进为满足试验工作需要，我单位积极引进了一批具有丰富经验和较高技术水平的试验人才。
通过优化人才结构，提高了试验队伍的整体素质。
三、试验工作亮点（一）试验成果丰硕本年度，我单位共获得国家科技进步奖2项，省部级科技进步奖10项。
DOE基础知识
指对象、材料或制品的载体，处理应用 其上的最小单位称为试验单元 (Experiment unit). 如：按因子组合规定的工艺条件所生产 的一件或一批产品。
37
DOE 基本概念——试验环境
以已知或未知的方式影响试验结果的周 围条件，称为试验环境（Experiment environment）通常包括温度、湿度、 电压等。
钢结构焊接原材料供应率焊接类型焊接深度操作工通过数量焊接强度疲劳可伸展的焊接质量输入要素输出反应24销售过程实例广告预算培训预算存货水平业务收入输入要素输出反应销售人员数量库存时间消费者满意展览位置商品选择消费者忠心度25为什么需要doe同样在生产同规格的产品为什么有些厂商的良品率就是比较高
实验设计 Design of Experiment
Responses related to completing a task
方法
环境
Responses related to performing a service
22
From Understanding Industrial Designed Experiments, Schmidt & Launsby
11
案例二
这里有9框球(每框100个),其中有且只 有一框里的球质量全为9克, 其它8框里的球 都为10克。给你一架天平，请找出里面的球 重为9克的那个框。 请问，你至少要称几次？
12
实验的重要性
在质量管理中所遇到的，不论是设计新 产品，还是改革旧工艺、提高产品质量、 减低成本，大都需要做试验。
分析：显然同样A因子的变动在不同的b状态 下，变化量不同，所以因子A和因子B之间存 在交互作用。
交互作用的定义：如果A的效应依赖于因子B 所处的水平，则称A和B之间有交互作用。
六西格玛论坛论坛试题节选-李尔量子
二、多项选择题（每题2分，共10分）从以下每题的几个答案中选择多个你认为合适的，并将答案代号填入（）中。
16.抽样检验是一种重要的产品质量检验方法，它适用于（AE ）。
A．测量对象是散装或流程性材料B．产品的可靠性试验C．材料的疲劳试验，零件的强度检验D．产品的安全性检验E．其他适于使用全数检验或全数检验不经济的场合17.随机抽样方法很多，常用的抽样方法有（ABCDE ）。
A．简单随机抽样B．系统抽样法C．分层抽样法D．整体抽样法E．类型抽样法18.如果所控制对象只有合格品与不合格品两种结果，则可以采用（BE）。
A．X控制图B．np控制图C．R控制图D．p控制图E．μ控制图19.质量因素引起的波动分为偶然波动和异常波动，下述说法中正确的是（BC ）。
A、偶然波动可以避免B、偶然波动不可以避免C、采取措施不可以消除异常波动D、采取措施可以消除异常波动E、偶然、异常波动都可以避免20.在绘制-R图的程序中，确定控制对象，或称统计量需要注意（AE ）。
A．选择技术上较重要的控制对象B．若指标之间有因果关系，则宁可取作为因的指标为统计量C．控制对象要明确，并为大家理解与同意D．控制对象要能以数字来表示E．控制对象要选择容易测定并对过程容易采取措施者三、判断题（每题1分，共10分）下列各题中，你认为正确的在（）中划“√”，错误的划“×”21.产品质量成本包括预防成本、鉴定成本、内部损失成本和外部损失成本。
（X ）22.防错法是预先采取有效措施，防止在过程中失误发生的方法。
（√）23.来自供应商的改进信息是外部信息的一种。
（√）24.以顾客为关注焦点是八项质量管理原则之一。
（√）25.质量改进的组织形式可以是非正式的。
（√）26.帕累托图对所要改进的过程进行基本描述。
（√）27.树图可以用来进行因果分析。
（X ）28.质量奖励费属于预防成本。
（√）29.好的质量改进项目，其收益应大于投入。
（√）30.在流程图中是开始与结束标志--表示一个过程的起点或终点。
策划案例—CHAP7可靠性设计与分析
f (t )
1
(ln t u ) 2
2
2
t 2
e
F (t )
t
f ( t ) dt
0
t
1
(ln t u ) 2
2
2
0
t 2
e
dt
四、威布尔分布(金属材料的疲劳寿命) [正态分布、指数分布
是其特例]
f (t )
t
( t )
r (t t ) r (t )
N
r ( t ) t
16 0 (1000 0 ) 5
0 . 32 %
2.产品失效率曲线(浴盆曲线或寿命特性曲线)
早期 失效期
偶然 失效期
耗损 失效期
(１）早期失效期特点：失效率较高，但随着工 作 时 间 的 增 加，失效 率迅速下降。
2.固有可用性Ａｉ
将产品的平均故障间隔时间与平均故障 间 隔 时 间 及 平 均 修 复 时 间 的 和 之 比. 理想状态，即：ＭＤＴ(平均延误时间)＝０
MTBF为平均故障间隔时间; MTTR为平均修复时间;
反映了生产方的设计、制造和管理的综合水平，越大 越好。
（5）可信性
可信性是一个非定量的集合性术语，表述可用性及其影响因 素：可靠性（Ｒ）、维修性（Ｍ）、保障性（Ｓ）、测试性 （Ｔ），简写为 Ｒ· Ｓ· Ｍ· Ｔ
原因 由于原材料不均匀和制造工艺缺陷等引起的 采取措施：
加 强 原 材 料 检 验、改 进 设 计、采用合理的筛选技术和加 负荷试验将有缺陷、不可靠的产品尽早暴露出来，使剩下的 产品有较低的失效率。
(2）偶然失效期特点：失效率低而稳定 ，失效率是一常数或近似常数， 这是产品最好的工作时间。 原因
FMEA与CP的开发方法与技巧
FMEA与CP的开发方法与技巧FMEA（潜在失效模式及后果分析——（Potential）Failure Mode and Effect Analysis）默菲定律：所有可能出错的地方都将会出错！FMEA的定义：FMEA是在产品设计阶段和过程设计阶段，对构成产品的系统、子系统、零件（产品），对构成过程的各工序逐一进行分析，找出所有潜在失效模式，并分析其可能的后果，从而预先采取必要的措施，以提高产品的质量和可靠性的一种系统化的活动。
一、FMEA的目的，学习目的：掌握FMEA的概念和运用时机，发现、评价产品/过程中潜在的失效及该失效的后果，确定能够避免或减少这些潜在失效发生的措施。
FMEA是对确定设计或过程必须做哪些事情才能使顾客满意这一过程的补充。
FMEA是一种风险分析的方法，是一种设计评审的活动。
所有的FMEA都关注设计，无论是产品设计或者是过得设计。
FMEA文件是设计（产品、过程）输出的结果。
二、什么是 FMEA ？●FMEA 是先期质量策划中评价潜在失效模式及其起因的一种工具●依照其发生失效的风险优先排列，并采取行动排除或降低其发生的方法●为未来使用和持续改进提供文件化的预防经验/方法●FMEA自身并不是问题的解决者，它通常与其它问题解决的工具联合使用，“FMEA提出问题解决的时机并不是解决问题”●将问题扼杀在摇篮之中。
三、FMEA 的特点和目的特点：——FMEA开始于一个过程所有功能的定义（功能驱动）——FMEA必须由小组进行，以确保其有效（团队力量）1)失效还未产生，可能发生但不一定会发生；2)在产品或过程设计阶段前开始；3)小组活动，小组由各种有经验和专业知识的人构成；4)分析的工具使用专用表格，作为动态文件使用和更改；5)核心是缺陷预防；6)贯穿整个过程、产品和服务周期；7)动态的、文件化的、系统的小组活动。
目的：（主要目的：筛选着重点！）——识别关键特性和重要特性。
——聚焦于产品和过程问题的消除，防止问题再次发生。
产品质量先期策划
产品质量先期策划在产品研发过程中，质量的控制是非常重要的一环，它直接关系到产品的市场竞争力和用户的体验。
因此，对于产品质量的控制工作，需要采取先期策划的方式进行，早期做好产品质量的规划和预期，有助于降低质量控制方面的成本，提高产品的稳定性和一致性，进而提高产品的用户满意度和市场口碑。
本文就从产品质量先期策划的角度来谈一谈该如何设计和实施质量计划。
一、产品质量先期策划的概念产品质量先期策划是指在产品研发周期前期，规划和确定产品的质量目标和策略，结合产品特性和市场需求，制定质量计划和实施方案，以达到对产品质量的完整控制和管理。
具体内容包括：明确质量目标、规划产品质量评价的方法、设立合适的运营指标和评估标准、设计和评审质量保证的措施和检查方案。
产品质量先期策划可以帮助企业在产品研发过程中提前预见和解决质量问题，降低质量风险和成本，并确保产品的质量达到用户需求和产品设计要求。
二、产品质量先期策划的步骤1、质量目标的明确在产品质量先期策划中，首先要明确质量目标。
质量目标应当包括以下方面内容：（1）质量要求：明确产品的质量标准和规范，包括物理、化学等各方面的要求；（2）质量指标：制定质量控制的关键指标，如典型故障率、维修工时、品质损失率等；（3）质量成本：制定准确的产品成本预算，包括工序流程、员工培训、检测和测试设备等各项费用，并评估和控制产品质量相关的总成本；（4）质量保证：制定质量保证的准则和实施流程，包括质量管理责任、生产过程控制、生产设备维护和监测、员工培训和技术支持等方面。
2、产品质量评价的方法产品质量评价是产品质量先期策划的重要组成部分，评估方法取决于产品的特性和应用领域。
例如，对于电子产品，可以采用信噪比、频率响应等技术指标进行测试和评估；对于车辆产品，可以采用客户反馈、疲劳试验等指标进行评估。
在进行产品质量评价时，需要考虑到客户对产品的期望和需求，对自身产品和竞争对手的质量进行比较，确定评价的指标和标准，为产品实现一致性提供保障。