第三章疲劳试验设计与数据处理教材
结构疲劳试验(终)课件
试验结束
当试样发生断裂或达到预 定的试验次数时，结束试
验。
疲劳试验的设备
疲劳试验机
用于施加循环应力和应变的主要设备，可分 为旋转弯曲疲劳试验机和振动疲劳试验机等。
试验夹具
用于监测试样在试验过程中的各种参数，如 应力、应变等。
传感器和测量仪器
用于安装和固定试样的辅助设备，需根据试 样形状和尺寸进行定制。
加载系统
将试样安装在试验机上， 并调整加载系统，确保试 样受到所需的应力或应变。
疲劳损伤监测
在试验过程中，通过各种 方法监测试样的疲劳损伤， 如裂纹扩展、应力分布等。
01
02
03
04
05
试样准备
根据试验要求，选择合适 的试样，并进行必要的处 理，如表面处理、安装等。
循环加载
对试样施加循环应力或应 变，使试样在交变载荷下
非线性疲劳寿命预测模型
考虑到结构在循环加载过程中的非线 性行为，如塑性变形和应变硬化，采 用非线性累积损伤理论进行寿命预测。
疲劳寿命的影响因素
01
载荷条件
包括最大载荷、最小载荷、应 力幅、平均应力等，对疲劳寿 命有显著影响。
02
材料性能
材料的强度、韧性、硬度等性 能参数对疲劳寿命具有重要影 响。
03
环境疲劳试验
在模拟实际使用环境条件下，测 试材料或结构的疲劳性能，包括 温度、湿度、腐蚀等环境因素。
01
高周疲劳试验
适用于测试低应力水平下材料的 疲劳性能，通常测试频率较低。
02
03
断裂力学试验
通过测试材料的韧性、强度和断 裂韧性等参数，评估材料的疲劳 性能。
04
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结构疲劳试验方法
人因工程疲劳测定实验报告ppt课件
气质测定实验报告
人因工程实验
主讲人：涂冲
实验目 的
NO.1 学习利用气质测定表对同窗进展气质测定，分析不同的气质类型与 职业选择的关系。
NO.2 学习与不同类型的人进展交流和沟通。
人因工程
实验原 理
气质类型是指每一类人共同具有的各种气质特征的有 规律的结合。人的气质分为多血质、胆汁质、黏液质 、抑郁质四种类型。气质贯穿在心思活动和行为方式 中，对人的各种实际活动都有一定的影响。
人因工程
目录
实验目的 实验原理 实验内容 实验数据处置举例 实验结果分析
人因工程
实验目 的
NO.1 掌握丈量人的疲劳程度的常用方法
NO.2 经过测定被测者在作业前后的心率、血压， 分析影响任务疲劳的要素
人因工程
实验原 理
人体活动到一定时候时，组织器官乃至整个机体任务 才干暂时降低的景象叫疲劳。疲劳代表着中枢神经系 统任务才干的降低。注重对疲劳的认识和采取措施消 除疲劳有相当重要的意义。
人因工程
THANKS
人因工程
人因工的、友好的、健谈的、易受刺激的、 平易进人的、活泼的、无忧虑的、领袖的。
粘液质：〔内倾、稳定型〕被动的、仔细的、富于思想的、温暖的、抑 制的、可信的、 一团和气的、镇定的。
胆汁质：〔外倾、神经过敏型〕易怒的、不安定的、好斗的、易兴奋的 、易变的、激动的、 乐观的、自动的。
人因工程
实验结果分析
人因工程
实验结果分析
1、运动后男性的心率添加率大于女性。 2、间隔与耗费力的添加都会导致疲劳程度的增大。 3、疲劳程度越大所需的恢复时间越长。 4、心率变化越大作业劳动等级越高，疲劳程度越大。
人因工程
实验结果分析
疲劳试验的数据处理
疲劳试验的数据处理
堵百城
【期刊名称】《理化检验-物理分册》
【年(卷),期】2013(049)003
【摘要】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.
【总页数】4页(P158-161)
【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
【相关文献】
1.基于BLOCKCYCLE Test路谱的汽车控制臂衬套疲劳试验数据处理 [J], 田玉冬;邬建海;方守杰;段峰
2.金属材料疲劳试验与数据处理方法 [J], 白鑫;谢里阳;任俊刚;胡杰鑫;李强
3.疲劳试验数据处理及P-S-N曲线的作用 [J], 何才
4.数据挖掘统计分析在紧固件疲劳试验数据处理中的应用 [J], 阎菲
5.非等间距GM（1，1）模型及其在疲劳试验数据处理和疲劳试验在线监测中的应用 [J], 罗佑新;周继荣
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材料力学性能教学课件材料的疲劳
疲劳曲线
疲劳曲线是描述材料在循环载荷作用下的疲劳寿命与应力幅的关系曲 线
疲劳曲线的形状取决于材料的疲劳性能和载荷条件
疲劳曲线可以分为线性疲劳曲线和非线性疲劳曲线
疲劳曲线的斜率反映了材料的疲劳寿命与应力幅的关系，斜率越大， 疲劳寿命越长
疲劳强度
疲劳强度是指材 料在循环载荷作 用下抵抗破坏的 能力
疲劳强度与材料 的力学性能、微 观结构、环境因 素等有关
采用强化处理技术
热处理：通过加 热和冷却，改变 材料的微观结构， 提高其强度和韧 性
表面处理：如喷 丸、喷砂等，提 高表面硬度和耐 磨性
复合材料：将两 种或多种材料结 合，提高材料的 综合性能
形状优化：通过 改变材料的形状 和尺寸，提高其 抗疲劳性能
降低应力集中与尺寸效应的影响
优化设计：通过优化设计降低应力集中，如采用圆角、倒角等设计 材料选择：选择具有良好抗疲劳性能的材料，如高强度钢、铝合金等 热处理：通过热处理提高材料的抗疲劳性能，如淬火、回火等 表面处理：通过表面处理提高材料的抗疲劳性能，如喷丸、滚压等
疲劳数据处理：通过分析疲劳试验数据来评估材料的疲劳 性能
疲劳数据的处理与分析
数据采集：通过疲劳试验获取数据
数据可视化：使用图表展示分析结果， 如折线图、柱状图等
数据预处理：去除异常值、填补缺失 值等
结果解释：根据分析结果，解释材料 的疲劳性能和失效原因
数据分析：使用统计方法分析数据，如 方差分析、回归分析等
07
疲劳试验与数据处理
疲劳试验的种类与方法
静态疲劳试验：通过施加恒定载荷来测试材料的疲劳性能
动态疲劳试验：通过施加周期性载荷来测试材料的疲劳性 能
疲劳寿命试验：通过测试材料的疲劳寿命来评估其疲劳性 能
《疲劳强度设计》教学大纲
《疲劳强度设计》教学大纲课程编码：08241026课程名称：疲劳强度设计英文名称：Design of Fatiligue Strength开课学期：第7学期学时/学分：总学时/学分(30 /1.5) 讲课学时30（其中实验学时：）课程类型：专业选修课开课专业：机械科学与工程学院工程力学专业选用教材：疲劳强度徐灏编高等教育出版社 1990主要参考书：1.结构疲劳强度吴富民编西北工业大学出版社 19852.疲劳理论与设计张理苏编吉林工业大学 19853.疲劳强度设计徐灏编高等教育出版社 20004.结构疲劳强度设计与失效分析王学颜宋广惠编兵器工业出版社 19925.疲劳设计准则 [英]T.V达根等著国防工业出版社19826.结构中的断裂与疲劳控制 [美]罗尔夫等著机械工业出版社1985执笔人：聂毓琴一、课程性质、目的与任务疲劳强度设计是一门新兴的边缘学科。
它涉及材料，力学和设计三个学科领域。
飞机，船舶，汽车，矿山机械，冶金机械，动力机械，起重运输机械，石油钻进设备，以及铁路桥梁等，其主要零件和结构件，大多在循环变化的载荷作用下工作，疲劳是其主要的是失效形式。
因此，疲劳强度对于设计各类承受循环载荷的机械和结构，成为重要的研究内容。
进行疲劳强度设计，需要有材料的疲劳性能数据。
但有时虽然认为选择了合适的材料，制成零件后，使用中仍有可能发生意外的疲劳断裂事故。
这可能是由于设计者在某方面的疏忽，或偶然的过载，或零件制成后使用条件有了改变所致。
这些现象都说明，材料的疲劳强度不等于零件的疲劳强度，所以设计理论是重要的。
通过本课程的学习，能够对构件的强度疲劳问题具有明确的基本概念，必要的基础知识，比较熟练的计算能力，一定的分析能力和初步的实践能力。
二、教学基本要求：通过本课程的学习，能够对构件的强度疲劳问题具有明确的基本概念，必要的基础知识，比较熟练的计算能力，一定的分析能力和初步的实践能力。
熟练掌握各章节的主要内容：1. 材料的疲劳性能，材料的循环特性曲线构件的无限寿命设计；2. 构件的无限寿命设计，累积损伤的寿命设计，累积损伤理论；3. 构件的有限寿命设计，材料疲劳裂纹的扩展性能，件的破损-----安全设计；4. 低周疲劳设计，局部应变集中方法，构件的疲劳强度可靠性设；5. 随机疲劳强度，腐蚀疲劳。
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。
试验设计与数据处理(第二版)李云雁(全书ppt)-图文
能对试验结果进行预测和优化； 试验因素对试验结果的影响规律，为控制试验提供思路
； 确定最优试验方案或配方。
第1章 试验数据的误差分析
误差分析（error analysis） ：对原始数据的可靠性进 行客观的评定
误差（error） ：试验中获得的试验值与它的客观真实 值在数值上的不一致
或
（2）说明 真值未知，绝对误差也未知 可以估计出绝对误差的范围：
或
绝对误差限或绝对误差上界
绝对误差估算方法： ➢ 最小刻度的一半为绝对误差； ➢ 最小刻度为最大绝对误差； ➢ 根据仪表精度等级计算：
绝对误差=量程×精度等级%
1.2.2 相对误差（relative error）
（1）定义：
1.5.1.2 F检验(F-test)
（1）目的： 对两组具有正态分布的试验数据之间的精密度进行比较
（2）检验步骤 ①计算统计量
设有两组试验数据：
和
都服从正态分布，样本方差分别为 和 ，则
服从F分布，第一自由度为 第二自由度为
②查临界值 给定的显著水平α
查F分布表 临界值
③检验 双侧（尾）检验(two-sided/tailed test) ：
1.1.2 平均值（mean）
（1）算术平均值（arithmetic mean）
适合： 等精度试验值 试验值服从正态分布
（2）加权平均值(weighted mean)
加权和
wi——权重 适合不同试验值的精度或可靠性不一致时
（3）对数平均值（logarithmic mean） 设两个数：x1＞0，x2 ＞0 ，则
1.2.4 标准误差 (standard error)
第三章疲劳应用统计学基础
(3-6)
可见，求正态分布函数F(x)，只需求得标准正态分布函数Φ(u)即可。标准正
态分布函数Φ(u)之值，可由正态分布函数表查得。表3-1列出了若干常用值。
表3-1 若干常用正态分布函数值
u Φ(u)×100 -3.719 0.01 -3.090 0.10 -3.000 0.13 -2.326 1.00 -2.000 2.28 -1.645 5.00
n是子样中xi的个数，称为样本大小（或样本容量）。
子样方差s2定义为：
∑ ∑ s2
=1 n −1
n 1
( xi − x)2
=
1( n −1
xi2
−
2
nx )
(3-9)
方差s2 的平方根 s，即子样标准差，是偏差(xi- x )的度量，反映了分散性的大小
。注意到(3-8)式，所有n个偏差的总和为零，故只有(n-1)个偏差是独立的。
若u<0或Φ(u)<0.5，可利用Φ(-u)=1-Φ(u)的关系求解。
三、 给定疲劳寿命下的破坏概率估计
疲劳统计分析的任务是要回答：在给定的应力水平下，寿命为N时的破坏（或 存活）概率是多少？或者说在给定的破坏（或存活）概率下的寿命是多少？
现在，在对数疲劳寿命服从正态分布的假设下，来讨论如何回答上述问题。
为99.9%的安全寿命 Np=103 千周的估计，只有50%的把握。若要估计置信度γ=95%, 存活率 R=99.9%的安全寿命，可先由n=10, p=1-R=0.001, γ=95%； 查表3.2得到 k=-5.156; 再由(3-11)式求得：
u Φ(u)×100 2.000 97.72 2.326 99.00 3.000 99.87 3.090 99.90 3.719 99.99
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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。
• 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。
质量m1
试
件
的 弹
振荡
性
系统
变
形
逆质量m0
m1
其砝码质量m0Fra bibliotek他弹
性
m0
质
量
工作台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。
• 疲劳扩展试样----用于测试裂纹扩展寿命。
• 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。
• （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σs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服强度σs的 应力作用下，低于104~105次塑性应变循环 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。
• （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σs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。
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。
• 第三章 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。
• （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。
• 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。
• （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。
• 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
• 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。
• 工作主机---主机框架，安装作动器和安装 试件。
• 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
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。