三点弯曲疲劳试验标准
几种常用的金属材料疲劳极限试验方法
几种常用的金属材料疲劳极限试验方法何雪浤;谢伟涛【摘要】金属疲劳试验用于测定金属材料的许用疲劳应力,绘制材料的疲劳曲线,进而在交变应力下测定金属材料的疲劳极限.疲劳研究的试验方法有很多,该文根据有关国家标准和现有文献资料对一些常用疲劳试验方法进行了综述,包括单点疲劳试验法、升降法疲劳试验、高频振动疲劳试验法、超声波法疲劳试验、红外热像技术疲劳试验方法,并对每种疲劳试验方法的试验目的、适用条件、试验试样、所需仪器、具体步骤和数据处理进行了介绍.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2015(051)006【总页数】6页(P388-393)【关键词】疲劳试验;试验方法;疲劳曲线;疲劳极限;疲劳寿命【作者】何雪浤;谢伟涛【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,沈阳110004;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳110004【正文语种】中文【中图分类】TG115.5金属材料疲劳试验是通过模拟结构或部件的实际工作状况，在试验室内测定材料的疲劳曲线，为设计、选材及选择工艺提供依据的方法，用以估计结构或部件的疲劳特性和设法提高疲劳抗力，延迟或避免疲劳破坏。
疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度，一般该类试验周期较长，所需设备比较复杂，但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验，都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能［1］，因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。
金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法［2］、升降法［3］、高频振动试验法［4］、超声疲劳试验法［5］、红外热像技术疲劳试验方法［6］等。
其中单点疲劳试验法操作简单方便、所用时间较短，但测得的结果不是很精准；升降法在常规疲劳试验中是比较精准而又常用的一种方法；高频振动疲劳试验弥补了常规疲劳试验缺少高频率的不足，满足一些在高频率环境下服役材料的疲劳性能研究；超声疲劳试验提供了高效率的加速疲劳试验方案，容易得到高周疲劳试验数据；红外热像疲劳试验是一种能量方法的疲劳研究，试验所用试样少、快速而又精准。
改善焊接结构疲劳强度的工艺方法
5.降低应力集中和产生压缩应力的复合方法
5.1 锤击法
锤击法属于冷加工方法，其作用是在接头焊趾处表面造成压缩应力，并减小缺口尖 锐度，降低应力集中，从而提高疲劳强度。非承载T型接头锤击后2×106循环下疲劳强度 提高54%。
IIW推荐： ● 锤头顶部直径：8~12mm ● 气锤压力：5~6 Pa ● 锤击深度：采用4次冲击以保证锤击深度0.6mm
图15 点状局部加热位置及其效果
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图16 点状局部加热位置及其应力分布
表4 2×106循环次数下局部加热的效应（疲劳强度MPa）
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△
提高53%
△
△ a）— 在不正确位置加热
▲ b）— 在不正确位置加热
拉伸残余应力 压缩残余应力
图17 点状加热位置对提高疲劳强度的影响
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1.合理设计结构形式
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图1 板梁的合理与不合理设计
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图2 翼板的合理与不合理设计
a）改变盖设计
a）加筋形状突然改变 b）加筋形状有所改进但仍不合理 c）良好设计
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2.合理选择接头形式
基本原则： ● 尽量减少焊缝的数量且避免交叉焊缝 ● 尽量采用连续焊缝，少用断续焊缝，其端部造成应力集中 ● 设计中尽量采用应力集中系数小的对接接头 ● 角焊缝疲劳强度低，设计中尽量采用不承载角焊缝 ● 承载角焊缝尽量采用开坡口焊接并焊透 ● 保证基本金属与焊缝之间的平滑过渡
182.7
179.4
157.8
164.8
118.3
124.9
113.0
11%
23%
41%
疲劳习题和答案
习题和答案第一章1-5 已知循环最大应力m ax s ＝200MPa ，最小应力min 50MPa S =，计算循环应力变程S ∆、应力幅a S 、平均应力m S 和应力比R 。
解：max min 20050150S S S ∆=-=-= MPa752a SS ∆== MPa max min 2005012522m S S S ++=== MPamin max 500.25200S R S === （完）1-6 已知循环应力幅100a S =MPa ，R ＝0.2，计算max S 、min S 、m S 和S ∆。
解：2200a S S ∆== MPamax min 200S S S -=∆= MPa …………（a ） min max /0.2R S S ==……………………（b ）结合(a)、(b)两式，计算得到：max 250S = MPa ， min 50S = MPa则：max min ()/2(25050)/2150m S S S =+=+= MPa（完）第二章2-2 7075-T6铝合金等寿命图如本章图2.9所示，若a ）R ＝0.2，N ＝106；b ）R ＝－0.4，N ＝105 试估计各相应的应力水平（max S ，min S ，a S ，m S ）。
图2.9 7075-T6铝合金等寿命图解：由图中可以得到：a ）max 380S = MPa ，min 80S = MPa 160a S = MPa ，230m S = MPab ）max 340S = MPa ，min 130S =- MPa230a S = MPa ，100m S = Mpa（完）2-4 表中列出了三种材料的旋转弯曲疲劳试验结果，试将数据绘于双对数坐标纸上，并与由3 100.9uS S=，6100.5uS S=估计的S－N曲线相比较。
注：*未破坏解：计算出各lg S和lg N，列于下表：假设：3100.9uS S=6100.5uS S=S－N曲线表达式为：mS N C=（1）对（1）式两边取对数有：11lg lg lgS C Nm m=-（2）结合上面的式子，可以得到：3/lg(0.9/0.5)11.8m == 11.83(0.9)10u C S =⨯或者：11.86(0.5)10u C S =⨯ （3） 对于A 组情况：430u S = MPa 则有：11.8311.8333(0.9)10(0.9430)10 3.427610u C S =⨯=⨯⨯=⨯代入（2）式，得：lg 2.840.08lg S N =-（a ）对于B 组情况：715u S = MPa 则有：11.8311.8336(0.9)10(0.9715)10 1.38310u C S =⨯=⨯⨯=⨯代入（2）式，得：lg 3.060.08lg S N =-（b ）对于C 组情况：1260u S = MPa 则有：11.8311.8339(0.9)10(0.91260)10 1.10810u C S =⨯=⨯⨯=⨯代入（2）式，得：lg 3.310.08lg S N =-（c ）将a 、b 、c 三式在坐标纸上标出，见下图。
疲劳裂纹的预制.
疲劳裂纹的预制1 实验目的为测定金属材料的平面应变断裂韧度K IC而预制疲劳裂纹2 仪器及设备1、程控高频疲劳机2、镜式引伸仪3、高度尺4、平台3 实验原理由于线弹性断裂力学所研究的对象是尖锐裂纹，所以，测定K IC所用试件的裂纹尖端必须是尖锐的，这种尖锐裂纹常利用疲劳试验的方法加以制作。
通常的做法是先用机械加工方法或电火花方法加工出一引发缺口，然后在疲劳试验机上加交变循环载荷预制出疲劳裂纹。
因此，试件的裂纹由引发缺口和疲劳裂纹两部分组成，裂纹长度a就等于引发缺口长度a0与疲劳裂纹长度a f之和（如图7－1所示），裂纹长度a应在0.45W~0.55W(W为试件的高度)之间。
为避免引发缺口根部附近材料状态的变化对裂纹尖端附近材料性质的影响，制作出合格的裂纹，要求引发缺口长度要比疲劳裂纹长度大，通常在a f ≥0.05a与a f≥1.3mm 中选较大值为疲劳裂纹长度。
图7－1 裂纹结构示意图疲劳裂纹引发缺口共有四种形式：直通型缺口、山形缺口（如图7－2所示）、末端为圆孔的缺口以及钼丝切割的缺口。
为保证顺利地预制出合格的疲劳裂纹，切口根部半径应足够小。
其中，山形切口的根部半径≤0.25mm,其余切口的根部半径≤0.08 mm。
三点弯曲疲劳试样及实验装置如图7－3所示。
4 试样形状和尺寸试件形状凡是具有K I 标定表达式且便于测试的试样，都可以用来测定K IC 。
GB4161—1984国家标准规定了四种标准试样：三点弯曲试样、紧凑拉伸试样、C 型拉伸试样，以及圆形紧凑拉伸试样。
三点弯曲试样具有容易加工和便于加载的优点，平面应变断裂韧度K IC 的测定常采用三点弯曲试样，它的简图如图7－3所示。
图7－3 三点弯曲疲劳试样及实验装置试样尺寸大量试验结果表明，一般情况下，材料的临界应力强度因子K IC 与试样厚度B ，裂纹长度a 和韧带宽度（W －a ）均有关。
只有当试样尺寸满足平面应变和小范围屈服的力学条件时，才能获得稳定的K IC 值。
GB_3565-_2022《自行车安全要求》系列标准解读
标准的主要特点突破传统理论2004年，欧盟出台了自行车EN系列标准，提出疲劳是损坏零件的主要原因这一理论，即认为零件在使用过程中，骑行者踩踏和操控反复加载负荷，这种疲劳动作造成了零件的损坏和失效。
于是对车把、车架、前叉、鞍座、鞍管、链轮曲柄组件等进行模拟受力，用反复加载的方法，来验证其强度和寿命（如图1）。
新国标全面采用了该理论成果。
a ）新国标车把疲劳试验b ）新国标鞍座疲劳试验图1 新国标零件疲劳试验示例扫一扫阅读本栏目更多文章GB 3565-2022《自行车安全要求》 系列标准解读文/ 袁兴启GB 3565《自行车安全要求》是我国自行车行业最重要的标准，也是目前唯一的自行车整车安全要求国家标准。
1983年以来，我国先后发布了三个版本的GB 3565，一直与ISO 4210《自行车 两轮自行车安全要求》保持一致。
2014年ISO 4210发布了全新的修订版，由原来1个标准修订成9个，相应地，GB 3565-2022（下文简称“新国标”）也以此做了修订，标准水平与国际同步。
值得注意的是，新国标将于今年10月1日实施，之后，市场上不允许再生产和销售不符合新标准的产品，各生产和销售企业应高度重视，提前应对。
创新试验方法2000年，德国在DIN 79100标准中率先采用机器法测试自行车的制动性能，即对闸把施加规定的握闸力，通过系统传递，最后测量轮胎和试验机滚筒间的刹车阻力（如图2）。
这种方法控制精度高，离散性、重复性都明显好于道路法，新国标引入了该方法。
检验方法科学规范针对传统的检测项目，为保证各单位检测结果的一致性，新国标在检测方法上做了很多规范。
如前叉静弯曲、车轮组合件静负荷等静强度项目。
新国标要求在试验前，首先加预载荷，以消除零件安装间隙，然后实施加载操作。
新国标对某些零件，像前叉、鞍管做完疲劳后接着做冲击或静强度，以更凸显疲劳后的缺陷。
紧跟新产品开发步伐近年来，自行车行业出现了大量新产品，型号规格也日益丰富。
标准QC-T637-2000_汽车发动机曲轴弯曲疲劳试验方法
Ｓ， （． ５ ２ Ｘ ＇ ＝ ０ ８ ． ） ０ － １
Ｓ２ （． －８ ０ Ｘ１ ＇ ＝ ５２ ．） ０
Ｓ， （． － ５ ２ Ｘ １＇ 一 ０８ ．） ０
６ ７ ３
Ｑ ／ ６７ ００ Ｃ Ｔ －２ ０ ３ 子样标 准差 ：
二 ＳＭ ．．．． （ 一 ｃ＿．．．． 、 丫 －－．．．…） ｓ ．．．． ， ．．． … ） ．．． ．
变异系数参照 附录 Ｂ确定 是否满足 ６４ ．．
Байду номын сангаас
变 系 异 数
， ，／ 一 ． ． ・・ ・ ・・ ・・・ １ Ｓ ，１ ・ ・． ・・ ・・ ・・ ・ … （ ＝ Ａ ． ・・ ・・ ・・ ・ … ． ， － ５ ）
６ 试验方法
６１ 试验循环基数 取 １７并在试 验报 告中注明。 ． ０， ６２ 判据 ６２１ 承载 能力 ： ．． 曲轴疲 劳承载能力 以弯矩 为判据 ， 但不排 除各企业可 以采用其 它指标 （ 如： 、 例 力 应力 …） 作为 自己的内控判据 ６２２ 试样开 裂 ： ．． 试样产生 疲劳裂纹的特征是 系统 共振频 率下降 。规定下 降量为开始试验 时频 率的 １ ％ 作为试样 开裂的判据 。如果是委托试验 ， 双方也 可以经过协商 另行规定 ， 但这时 的开裂判据应在试验报告
Ｑ ／ ６ ７ ００ Ｃ Ｔ －２ ０ ３
前
由机械工 业部通知废除。 本标 准与原 ￥ ８ ９３ Ｊ ３５－１８ 标 准的主要区别在于 ： ２ １ ）统一规定循环基数 Ｎｏ ０； ＝１＇ ２ 要求试验机精度 提高 到优于士３ ） ％；
言
原机械工业部标准 Ｊ ３５－ １８ 汽车发 动机曲轴弯 曲疲劳台架试 验方法》己于 １９ ３月 １ Ｂ ８ ９３《 ２ ９８年 ２日
基于超高周三点弯曲的复合材料试验方法
基于超高周三点弯曲的复合材料试验方法CHEN Chao;CHEN Xuan;CHENG Li【摘要】针对复合材料的超高周疲劳问题,提出了一种基于超声疲劳实验装置对复合材料进行三点弯曲试验的方法;阐述了进行复合材料超高周疲劳试验的必要性;利用ABAQUS软件分析了变幅杆、连接杆及试件的模态,得出设计的该装置及试件的谐振频率满足试验需求;针对试验过程中的温升现象,提出了液氮与压缩空气复合式冷却系统.结果表明,该方法大大缩短了试验周期,提高了试验效率,消除了试样在高频加载过程中的热效应,保证了实验结果的有效性.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2019(038)012【总页数】7页(P239-245)【关键词】复合材料;三点弯曲;超高周;温升现象;冷却系统【作者】CHEN Chao;CHEN Xuan;CHENG Li【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TB332复合材料作为一种应用前景广泛的结构材料，具有强度高、密度低等优点，其密度一般在1.45～1.6 g/cm3左右，拉伸强度可以达到1.5 GPa以上，是铝合金材料的3倍以上1，接近超高强度合金钢的水平。
它的这种优势，能够在保证零部件强度、刚度等性能的同时，极大的减轻航空飞行器的重量。
因此越来越多的现代航空飞行器上的部件都采用复合材料替代原有的金属材料[1]。
而随着先进航空飞行器寿命要求的不断提高，许多关键零部件都承受着108-1012周次高频低幅长循环载荷的作用，已远远超过了107周次的传统疲劳极限的范围[2]，对复合材料等关键构件抗疲劳、长寿命的要求也越来越高。
以压气机叶片为例，由于其工作状态变化和气动激振频率非常宽，如果振动频率为2.8 kHz、服役寿命超过2 000 h，那么叶片承受的寿命循环次数就要达到2 000×2 800×3600=2.016×1010，而发动机工作叶片和转子结构的高阶共振是很容易超过这个频率的，从而造成叶片/盘高频共振、应力过大而断裂或叶片掉块、掉角故障，掉下的金属块会打伤后面的压气机转子和静子叶片，对发动机损伤很大。
(完整版)断裂韧性KIC测试试验
实验五断裂韧性K IC测试试验一、试样的材料、热处理工艺及该种钢材的σy和KⅠC的参考值本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），材料为40Cr，其热处理工艺如下：①热处理工艺：860℃保温1h，油淬；220℃回火，保温0.5~1h；②缺口加疲劳裂纹总长：9~11mm（疲劳裂纹2~3.5mm）③不导角，保留尖角。
样品实测HRC50，从机械手册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得：σy=σ0.2=1650MPa，σb=1850MPa，δ5=9%，ψ=34%，KⅠC=42MN·m-3/2。
二、试样的形状及尺寸国家标准GB/T 4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度KⅠC试验方法》中规定了两种测试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（B））和紧凑拉伸试样（代号C(T)）。
这两种试样的裂纹扩展方式都是Ⅰ型的。
本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B））。
试样的形状及各尺寸之间的关系如图所示：为了达到平面应变条件，试样厚度B必须满足下式：B≧2.5(KⅠC/σy)2a≧2.5(KⅠC/σy)2（W-a）≧2.5(KⅠC/σy)2式中：σy—屈服强度σ0.2或σs。
因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的KⅠC和σy值，再根据上式确定试样的最小厚度B。
若材料的KⅠC值无法估计，则可根据σy/E的值来确定B的大小，然后再确定试样的其他尺寸。
试样可从机件实物上切去，或锻、铸试样毛坯。
在轧制钢材取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。
试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削，随后开缺口和预制裂纹。
试样上的缺口一般在钼丝电切割机床上进行切割。
为了使引发的裂纹平直，缺口应尽可能地尖锐。
开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制裂纹。
疲劳裂纹长度应不小于2.5%W，且不小于1.5mm。
a/W值应控制在0.45~0.55范围内。
本试样采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），其尺寸：宽W=19.92mm，厚B=10.20mm 总长100.03mm。
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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。
同时，需要对试验样品进行损伤分析，包括裂纹形态、裂纹扩展速率等，以了解试验样品的疲劳损伤机制。
综上所述，三点弯曲疲劳试验是一种重要的材料疲劳性能测试方法，具有广泛
的应用价值。
通过严格遵循试验方法、满足设备要求、规范试验程序和准确结果分析，可以得到可靠的试验结果，为材料的设计和评估提供重要参考。
希望本文介绍的三点弯曲疲劳试验标准对您有所帮助。