疲劳试验设计与数据处理
混凝土疲劳试验
混凝土疲劳试验混凝土是建筑、道路、桥梁等工程中常见的材料。
长期以来，混凝土的强度、耐久性等性能指标一直是工程师们关注的重点。
然而，随着现代工程对混凝土要求越来越高，混凝土疲劳问题逐渐引起了人们的关注。
为了确保工程的安全以及延长混凝土的使用寿命，进行混凝土疲劳试验是非常必要的。
一、什么是混凝土疲劳试验？混凝土疲劳试验是一种模拟长期使用条件下混凝土的行为的实验方法。
疲劳试验通常采用交变载荷来模拟实际使用状态下混凝土受到的周期性荷载。
通过在试验中以一定频率施加交替载荷，可模拟长期使用条件下的混凝土疲劳性能。
试验结果能够反映混凝土在多次受到加载后的变形、开裂、破坏等情况。
二、混凝土疲劳试验的目的及意义混凝土作为建筑工程中必不可少的材料，其性能的稳定性和可靠性显得尤为重要。
进行混凝土疲劳试验的目的是为了评估混凝土的疲劳性能，了解混凝土在长期使用中所表现出来的特性，预测混凝土结构的寿命；同时还能评估混凝土的强度、韧性、耐久性等指标，为混凝土的设计和施工提供基础数据。
混凝土疲劳试验结果在工程施工和维护中具有重要的指导意义。
三、混凝土疲劳试验的方法混凝土疲劳试验的方法主要有旋转弯曲试验、交替拉拉试验、交替压压试验、交替剪切试验等。
其中旋转弯曲试验是最常用的方法之一，它可以模拟混凝土在实际使用中所受的往复外力，又能较好的反映混凝土的实际疲劳性能。
四、混凝土疲劳试验的步骤1. 制作样品：按照相关标准制作混凝土试件，通常采用标准筒模或标准板模成型。
2. 实验设备准备：准备好旋转弯曲疲劳试验机、传感器、数据采集与处理系统等实验设备。
3. 试验条件设置：根据设计要求，在试验机上设置压力、位移等要素的控制范围和频率。
4. 试验开始：将样品平放在试验机上，根据设计设置好试验参数，开始进行试验。
试验过程中需对混凝土的变化情况进行实时观测和记录。
5. 结果分析：通过分析试验结束时获得的数据，评估混凝土的疲劳性能、强度、韧性、耐久性等指标。
疲劳试验的数据处理
疲劳试验的数据处理堵百城【摘要】With 45 steel as an example, the data processing steps in fatigue test were introduced, including sample data sorting, scatter plot chart drawing, fatigue equation and curve building with regression analysis, the calculation of relative error and residual standard deviation, and reliability-fatigue stress-life equations and curves establishing. The highlight of the discussion is to use matching method for stress of censored life; and establish the fatigue equation with decimal power, with the relative error instead of significant inspection.%以45钢为例,介绍了疲劳试验数据处理的步骤:整理样本数据,画散点图,用回归分析建立疲劳方程和曲线,计算相对误差,计算残差标准差,建立可靠度一疲劳应力一寿命方程和曲线.讨论的重点是用配对法求得的应力作为截尾寿命的应力；建立带小数幂的疲劳方程；用相对误差代替显著性检验.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2013(049)003【总页数】4页(P158-161)【关键词】截尾寿命;数据处理;疲劳方程;疲劳曲线【作者】堵百城【作者单位】无锡市机电研究所,无锡214062【正文语种】中文【中图分类】TB302.3;TG115.5+7在循环载荷作用下，即使应力远低于材料的屈服强度，试样也会发生断裂，这种现象称为疲劳。
疲劳试验数据处理及P-S-N曲线的作用
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采 用升 降法 进 行 疲 劳试 验 ，一 是 常 规试 验 法 给 出 的疲 劳 极 限值 。
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１ 般 按 下 述程 序 进 行 。试 验从 高于 疲 同样 ，第 二次 出现 的相反 结果 点５ 和 的试验次 数 ；门为试验 负荷 的级数 。 的应 力平均值 ，也 相 当于 常规试 １３ 应用 实例 ． 劳极 限 的应 力水 平开 始 ，然 后逐 级 点６
型应用。
■ 第一汽 车集团公 司技术 中心材料 部 何 才
随 着 疲 劳 试 验 研 究 的 不 断 发 没 有破 坏 （ 出 ） ，故 依次 进 行 的 化 简后得到 ： 越
展 ，有 限寿 命设 计 在 各 工业 部 门的 第 五根 试 件就 在 高 一级 的应 力 Ｓ 下 ｚ 广 泛 开 展 和 新 工 艺 、新 材 料 的研 进 行试 验 。依 此 类 推 ，凡 前 一 根 试 Ｏ 循环破 坏 ，则 随后 的一 次 制 ，都要 求 提供 准 确 可 靠 的疲 劳 性 件不 到１
金属材料疲劳试验与数据处理方法_白鑫
收 稿 日 期 ：２０１５－０４－２８ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１３３５００３）；高 等 学 校 博
士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 资 助 项 目 （２０１１００４２１３０００３） 作者简介：白 鑫（１９８８－），男，博士研究生。 通 讯 作 者 ：谢 里 阳 （１９６２－ ），男 ，教 授 ，博 士 生 导 师 。
近期，谢 里 阳 等 提 ［１９－２０］ 出 了 样 本 集 聚 原 理 ，该 方法在高周疲劳区域处理小样本的数据时有一定的 优势。以下主要介绍传统成组法和样本集聚原理， 并 通 过 疲 劳 寿 命 曲 线 族 ，对 比 、分 析 该 两 种 方 法 之 间 的差异。 １．１ 成 组 法
为了得 到 Ｓ－Ｎ 曲 线，ＩＳＯ １２１０７－２００３［４］建 议 了成组法。成组法，即 由 各 级 应 力 水 平 下 的 疲 劳 寿 命试验数据组成一 个 样 本，并 直 接 对 其 进 行 统 计 计 算。为保证统计结 果 的 准 确 性，需 对 样 本 量 设 置 最 低 限 ，一 般 情 况 下 ，每 组 数 组 至 少 需 要 １５ 个 数 据 。
关 键 词 ：疲 劳 ；疲 劳 试 验 ；疲 劳 寿 命 ；规 定 寿 命 下 的 疲 劳 强 度 ；概 率 分 布
中 图 分 类 号 ：ＴＧ１１５．５；ＴＨ１２２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－４０１２（２０１５）０６－０３７５－０６
Ｆａｔｉｇｕｅ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
动态疲劳试验数据处理及分析方法研究
动态疲劳试验数据处理及分析方法研究动态疲劳试验是材料疲劳性能评价的重要手段之一，其目的是通过加载试验，在模拟实际工程环境下，评估材料的疲劳性能指标。
动态疲劳试验数据处理及分析方法的研究，对于疲劳寿命的预测以及相关工程应用具有重要的意义。
一、动态疲劳试验数据处理方法1. 原始数据的预处理原始数据预处理包括数据录入、校验、清洗、处理等环节，其中数据录入是第一步，其正确性对于后续数据处理及分析具有重要影响。
数据校验主要是针对采集的数据进行校验，以确保数据的准确性和完整性。
数据清洗主要针对原始数据中存在的异常值，采用各种数据清洗方法对其进行剔除或纠正。
数据处理主要是对原始数据进行预处理，如数据平滑、插值、去噪等，以便后续分析。
2. 异步采样数据的同步处理在实际试验中，由于设备等原因，会出现数据采集的异步问题，即采集到的数据与试验次数不对应。
这时需要对异步采样数据进行同步处理，以确保数据的准确性和可靠性。
3. 时间序列数据的特征提取动态疲劳试验所采集的数据通常呈现出一定的时间序列特征，如周期性、高斯分布等。
对于这些数据，需要进行时间序列分析和特征提取，以便进一步进行数据分析和建模。
二、动态疲劳试验数据分析方法1. 基于统计学的分析方法通过对试验数据进行统计学分析，可以得到试验数据的分布特征，如均值、方差、标准差、偏度、峰度等。
同时还可以利用这些统计学参数对试验数据进行分类和预测。
2. 基于机器学习的分析方法机器学习方法是一种新兴的数据分析方法，它以数据驱动为基础，通过学习数据的特征和规律，进而进行数据分析和预测。
在动态疲劳试验数据分析中，可以利用机器学习方法对试验数据进行分类、聚类、异常检测、预测等。
3. 基于模型的分析方法模型方法是一种经典的数据分析方法，它通过建立数学模型来描述数据和规律，进而进行数据的分析和预测。
在动态疲劳试验数据分析中，可以利用模型方法建立试验数据的疲劳寿命预测模型，以预测试验数据的寿命。
混凝土结构疲劳试验技术规程
混凝土结构疲劳试验技术规程一、前言混凝土结构在使用过程中，受到多种外界因素的影响，如温度变化、荷载变化、风化等，长时间使用后，会出现结构疲劳现象，从而影响结构的安全性和耐久性。
为了保证混凝土结构的安全性和耐久性，必须对混凝土结构进行疲劳试验，以判断其结构的抗疲劳性能。
本文旨在提供混凝土结构疲劳试验技术规程，以便工程师和技术人员进行混凝土结构的疲劳试验。
二、试验设备1. 试验机：试验机应符合GB/T 2611《金属材料拉伸试验方法》的要求，能够进行疲劳试验。
2. 试件制备设备：包括混凝土搅拌机、模具、压力机等。
3. 测量设备：应包括应变计、位移计、温度计等测量设备。
三、试验试件制备1. 试件类型：试件应为圆柱形或正方形截面的混凝土试件，尺寸应符合GB/T 50081-2002《混凝土结构设计规范》的要求。
2. 试件制备：试件应按照GB/T 50081-2002《混凝土结构设计规范》的要求制备，试件表面应平整、光滑、无明显缺陷。
3. 试件标记：试件应在制备过程中，用防水笔标记试件编号和试件方位，以便后续的试验数据分析。
四、试验方法1. 试验环境：试验室环境应符合GB/T 50081-2002《混凝土结构设计规范》的要求，试验室内温度应保持在20℃±2℃，相对湿度应保持在(60±5)%。
2. 试验参数：试验应按照设计要求进行，包括试件的应力、应变、频率等参数，试验参数应符合GB/T 50081-2002《混凝土结构设计规范》的要求。
3. 试验过程：试验过程应严格按照试验参数进行，试验过程应记录试件的应力、应变、位移等参数，试验过程中应注意试件的变形情况和试件表面的裂缝情况。
4. 试验终止：试验应按照设计要求终止，试验终止时，应记录试件的破坏形态和破坏位置。
五、试验数据处理1. 数据采集：试验过程中应记录试件的应力、应变、位移等参数，数据应准确无误。
2. 数据处理：试验数据应进行统计和分析，包括试件的疲劳寿命、疲劳极限、疲劳裂缝扩展速率等参数，数据处理应符合GB/T 50081-2002《混凝土结构设计规范》的要求。
三点弯曲疲劳试验标准
三点弯曲疲劳试验标准三点弯曲疲劳试验是一种常用的材料疲劳性能测试方法，主要用于评估材料在弯曲载荷作用下的疲劳寿命。
本文将介绍三点弯曲疲劳试验的标准，包括试验方法、设备要求、试验程序和结果分析等内容。
1. 试验方法。
三点弯曲疲劳试验的方法主要包括试验样品的准备、试验条件的确定、试验过程的控制和数据的采集等环节。
首先，需要根据具体的材料和试验要求，选择合适的试验样品，并进行必要的加工和处理。
然后，确定试验条件，包括载荷幅值、频率、试验温度等参数。
在试验过程中，需要严格控制载荷的施加和试验环境的稳定性，确保试验结果的可靠性。
最后，通过合适的数据采集系统，记录试验过程中的载荷-位移曲线或应力-应变曲线等数据，为后续的结果分析提供依据。
2. 设备要求。
进行三点弯曲疲劳试验需要一系列的设备和工具，包括弯曲试验机、载荷传感器、位移传感器、温控设备等。
弯曲试验机应具备稳定的载荷施加能力和精确的位移控制能力，同时能够满足不同试验条件下的要求。
载荷传感器和位移传感器用于实时监测试验过程中的载荷和位移变化，确保试验数据的准确性。
温控设备则用于控制试验环境的温度，特别是在高温或低温条件下的试验中，需要保持稳定的试验温度。
3. 试验程序。
三点弯曲疲劳试验的程序一般包括预加载、试验载荷施加、试验持续时间等阶段。
在预加载阶段，需要施加一定的预载荷，使试验样品达到稳定的状态。
然后根据试验要求，施加规定的载荷幅值和频率，进行疲劳试验。
试验持续时间一般根据试验要求确定，可以是一定的循环次数，也可以是一定的试验时间。
在试验过程中，需要不断监测试验样品的状态，特别是载荷-位移曲线或应力-应变曲线的变化，以及试验样品的损伤情况。
4. 结果分析。
三点弯曲疲劳试验的结果分析主要包括试验数据的处理和试验样品的损伤分析。
通过对试验过程中采集的载荷-位移曲线或应力-应变曲线等数据进行处理，可以得到试验样品在疲劳载荷作用下的性能指标，如疲劳寿命、疲劳极限等。
疲劳实验
1 （3× 392+5× 382+4× 372+1× 362）=380MPa 13
图 2 增减法测定疲劳极限试验过程 （2） S-N 曲线的测定
测定 S-N 曲线（即应力水平-循环次数 N 曲线）采用成组法。至少取五级应力水平，
各级取一组试件，其数量分配，因随应力水平降低而数据离散增大，故要随应力水平降低而 增多，通常每组 5 根。升降法求得的，作为 S-N 曲线最低应力水平点。然后以其为纵坐标， 以循环数 N 或 N 的对数为横坐标，用最佳拟合法绘制成 S-N 曲线，如图 3 所示。
到试样 3 上，同时载荷传感器 4，应变传感器 5 和位移传感器 6 又把力、应变、位移转化成 电信号， 其中一路反馈到伺服控制器中与给定信号比较， 将差值信号送到伺服阀调整作动器 位置，不断反复此过程，最后试样上承受的力（应变、位移）达到要求精度，而力、应变、 位移的另一路信号通入读出器单元Ⅳ上，实现记录功能。
金属疲劳试验
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； 3. 观察疲劳失效现象和断口特征
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 σa 与相应的断裂循环周次 N 之间的曲线关系。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。 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。实验表明，黑色金属试样如经历 107 次循环仍未失效，则再增加循环 次数一般也不会失效。故可把 107 次循环下仍未失效的最大应力作为持久极限。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。
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• （4）按载荷变化情况可以分为恒幅疲劳、变幅疲 劳和随机疲劳； • 恒幅疲劳---载荷中，所有峰值载荷相等和所有谷 值载荷相等的。 • 变幅疲劳---所有峰值载荷不等和所有谷值载荷不 等，或两者均不相等的载荷。 • 随机疲劳---疲劳载荷中，峰值载荷和谷值载荷及 其序列是随机出现谱载荷。幅值和频率都是随机 变化的，而是不确定的。 • （5）按载荷工况和工作环境分为常规疲劳、高低 温疲劳、腐蚀疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和 冲击疲劳。
第三节 疲劳试样及其制备
• 一、典型材料疲劳试样：光滑试样、缺口 试样、低周疲劳试样和疲劳扩展试样。 • 光滑试样、缺口试样----用于测试高周疲劳 裂纹形成寿命。 • 低周疲劳试样----在高应力水平下通过对循 环应变控制承受载荷，测试低周疲劳裂纹 形成。 • 疲劳扩展试样----用于测试裂纹扩展寿命。
• 三、单轴和多轴疲劳试验 • 单纯从所受应力状态来分析，则疲劳大体上可分为单轴和 多轴疲劳。 • 单轴疲劳——是指材料或零件在单向循环载荷作用下所产 生的失效现象。零件只受单向正应力（应变）或单向切应 力（应变），如只承受单向拉—压循环应力，弯曲应力或 扭转循环应力。 • 多轴疲劳——是指多向应力或应变作用下的疲劳，也称为 复合疲劳。多轴疲劳损伤发生在多轴循环加载条件下，加 载过程中有两个或三个应力（或应变）分量独立地随时间 发生周期性变化，应力分量可以是同相位的，按比例的， 也可以是非同相的、非比例的。 • 各种压力容器、航天飞行器、核电站、交通运输工具中的 一些重要零件通常是承受复杂的多轴比例与多轴非比例交 互循环载荷的作用。 • 早期处理复杂应力状态下的多轴疲劳问题时，将多轴问题 利用静强度理论等效成单轴状态，然后利用单轴疲劳理论 处理复杂的多轴疲劳问题，这种的处理方法在处理比例加 载下的多轴疲劳问题是有效的。但实际工程结构和设备的 重要结构零部件，很多是在非比例多轴加载作用下服役。
•
疲劳试验方法及其数据处理
• 第一节 疲劳试验与疲劳试验机的发展
• 一、疲劳试验机发展 • 1、50年设计了旋转弯曲疲劳试验机，用于研究各种轴类零 件的疲劳试验。 • 2、 50年代研制出了闭环控制的电液伺服疲劳试验机。 • 3、 60年代大规模集成电路的出现，制造了能够模拟零件或 构件服役载荷工况的随机疲劳试验机。 • 4、 70年代使用计算机控制的电液伺服疲劳试验机进行随 机疲劳试验。 • 5、90年代后期，人们发现材料的疲劳现象与循环应力作用 的频率无关，或者说应力循环频率对疲劳影响很小。人们设 计了高频疲劳试验机和超声波疲劳试验机。 • 6、现阶段用的试验机：MTS, 动静疲劳试验机，旋转弯曲疲 劳试验机、高频疲劳试验机、超声波疲劳试验机等。
质量m1 试 件 的 弹 性 变 形 m1 砝码质量m0 m0
振荡 系统
其 他 弹 性 质 量
工作台m0 逆质量m0
• （1）机器的谐振频率是以试样的刚性和砝 码质量m1的大小改变来决定。 • （2）砝码质量分为8级，可改变砝码质量 来调节频率。 • （3）松开砝码螺丝，电磁激活产生共振而 运行。 • （4）当激振器产生的激振力的频率和相位 与振荡系统的固有频率一致时，系统便发 生共振，这时配置质量在共振状态下产生 的惯性力往复作用在试样上，来完成对试 样的疲劳试验。
• （2）按失效周次可以分为高周和低周疲劳 • 高周疲劳---材料在低于其屈服强度ζs的循环 应力作用，经过104~105以上循环产生的失 效。 • 低周疲劳---材料在接近或超过屈 产生的失效。 • 两者的主要区别在于塑性应变的程度不同， 高周一般应力低，材料处于弹性范围，而低 周疲劳产生较大塑性变形，以应变为参数。
• 二、疲劳的分类 • （1）按研究对象可以分为材料疲劳和结构 疲劳； • 材料疲劳---研究材料的S—N曲线、失效机 理和化学成分、微观组织对疲劳强度的影 响。 • 结构疲劳---以零部件、接头以至整机为研 究对象。研究他们的疲劳性能，抗疲劳设 计方法，寿命评估方法和疲劳试验方法， 形状、尺寸和工艺因素的影响，以及提高 疲劳强度方法。
四柱式动静液压伺服疲劳试验机
高频疲劳试验机
• 二、疲劳试验机的工作原理 • （1）动静液压伺服疲劳试验机 • 组成：油源（液压泵） 伺服阀 作动器 （液压油缸） 传感器（压力、位移） 试件。 • 工业控制计算机：（1）伺服阀的控制，产 生疲劳试验载荷；（2）压力传感器信号采 集及其处理；（3）位移传感器信号采集及 其处理；（4）油源的开启停止等控制。 • 工作主机---主机框架，安装作动器和安装 试件。
• 二、应力集中对疲劳强度影响极大，是各种影响因素中起 主要作用的因素。 实际构件或多或少存在应力集中，目前对高周疲劳广 泛地采用缺口试样进行疲劳试验，以模拟实际构件的应力 集中状态。 • 三、疲劳试样组成 试验段、夹持部分及二者之间的过渡部分。 • 四、试样制备应主要的问题 • （1）切去毛坯时，要注明取材的部位，并按一定位置顺 序标号。 • （2）对试样进行机械加工时，需要防止表面的冷作或过 热，同时保证同心度，避免试验段横截面偏心。 • （3）对试样热处理工序的安排，根据热处理的目的而定。 • （4）对抛光后的试样的试验段进行尺寸测量时，应当注 意不要使试样表面受到划伤。 • （5）对已制备好的试样应当进行表面质量的检验，甚至 需要内部质量的检验。如X探伤等。
• 试验机技术指标： • 最大动态试验力 ±500KN • 试验频率 0.01~20Hz • 试验波形 正弦波、方波、三角波、斜 波、程序块。 • 夹头之间距离 不小于1000mm • 立柱间距尺寸 930×930mm • 工作台 1500×1500mm
• 2、高频疲劳试验机 • 工作原理：采用电磁激励，使试件（弹簧） 共振原理。
• （3）按应力状态可以分为单轴疲劳和多轴 疲劳； • 单轴疲劳------单向正应力或单向切应力。 例如：单向拉—压疲劳，弯曲疲劳或扭转 循环应力。 • 多轴疲劳------多向应力作用下疲劳（复合 疲劳）。例如：弯扭复合疲劳，双轴拉伸 疲劳，三轴应力，拉伸—内压疲劳，缺口 处的应力状态也往往是多轴疲劳。
• 第二节 疲劳及其分类 • 一、疲劳概念 • 材料和机械零部件在交变应力作用下， 在应力远远低于材料的屈服强度ζs的若干个 循环下发展的突然断裂现象。 • 由于疲劳结果存在很大的分散性，因此在 疲劳试验中要采用数理统计学的方法处理 数据及合理安排试验程序。 • 研究指出：疲劳裂纹形成寿命存在很大的 分散性，而疲劳裂纹的扩展寿命分散性较 少。