低周疲劳试验
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
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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
钢结构低周疲劳性能与寿命预测模型研究
钢结构低周疲劳性能与寿命预测模型研究摘要：随着工程结构设计的不断发展和进步，钢结构在建筑领域中得到了广泛应用。
然而，在使用过程中，钢结构可能会因为长期受到的重复荷载而发生疲劳破坏。
研究钢结构的低周疲劳性能与寿命预测模型，对于评估结构的可靠性、延长其使用寿命以及减少维护成本具有重要意义。
本文将探讨钢结构低周疲劳性能与寿命预测模型的研究。
1. 引言1.1 研究背景随着建筑工程的迅速发展，钢结构作为一种重要的结构材料，被广泛应用于桥梁、高层建筑和工业设施等。
然而，由于长期受到重复荷载的作用，钢结构在使用过程中可能会发生疲劳破坏，严重影响结构的安全性和可靠性。
1.2 研究目的钢结构低周疲劳性能与寿命预测模型的研究旨在提供一种科学的方法，以评估钢结构的疲劳性能和预测其寿命。
通过建立合适的预测模型，可以准确预测结构的寿命，并采取相应的措施来延长结构的使用寿命，降低维护成本。
2. 相关研究综述2.1 钢结构疲劳损伤机理钢结构的低周疲劳破坏是由于结构在受到重复荷载作用下产生的应力集中，形成裂纹，最终导致结构破坏。
疲劳损伤机理主要包括裂纹的形成、裂纹的扩展和结构的破坏。
2.2 疲劳寿命预测方法疲劳寿命预测方法主要包括基于应力和应变的方法、基于损伤累积的方法以及基于统计学方法。
基于应力和应变的方法主要是通过建立应力和应变与疲劳寿命之间的关系来预测结构的寿命。
基于损伤累积的方法则是通过考虑结构的裂纹扩展过程，结合应力历程和损伤参数来预测寿命。
而基于统计学方法则是通过分析大量实验数据，建立统计模型进行疲劳寿命预测。
3. 钢结构低周疲劳性能与寿命预测模型研究方法3.1 数据采集与处理首先，需要收集与钢结构低周疲劳性能相关的试验数据，包括不同应力水平下的疲劳试验数据和相应的寿命数据。
然后，通过统计学方法对数据进行处理，得到合适的数据集。
3.2 建立预测模型在得到合适的数据集后，可以根据实验数据建立钢结构低周疲劳性能与寿命的预测模型。
强度理论-低周疲劳
加载ABD, 卸、加载曲线ABCB’D。
材料记得曾为反向加载所中断 的应力-应变路径。
A
材料的记忆规则为： 1) 应变第二次到达某处,该处曾发生过应变反向， 则形成封闭环。 (封闭环B-C-B’)
2) 过封闭环顶点后，-路径不受封闭环的影响, 记得原来的路径。原路径A-B-D.
2. 变幅循环下的-响应计算
4-5 加载。已知D4-5 , 求D4-5， 得到：5=4+D4-5 ;
1 3 2 5 2’ 7 7' 6 4 8 5'+D4-5。
5-6 卸载。已知D5-6 , 求D5-6。进而求得 6、 6。 6-7 加载。已知D6-7 , 求D6-7。进而求得 7、 7。 7-8 卸载。已知D7-8 ,求D7-8。可得：8、8。
图中，Neuber双曲线与材料-曲线的交点D， 就是Neuber理论的解答，比线性解答保守。
THANK YOU
2. -N曲线的近似估计及平均应力的影响
a 高应变范围，材料延性 ；寿命 ； 低应变长寿命阶段，强度 ，寿命 。 0.01 一般金属材料，a=0.01，N1000。
高延性材料 高强度材料
由拉伸性能估计材料的-N曲线：
Su D = 3.5 ( N ) -0.12 + 0f.6 ( N ) -0.6 E
1.单调应力-应变响应
工程应力S: Engineering stress 工程应变e: Engineering strain P S= A 0
A0 A
P
d l P
D l l -l 0 e= = l0 l0
d0
l0
original
deformed
材料纵向伸长，横向缩小。真应力、真应变?
国产低屈服点钢材低周疲劳实验研究
Key Words：low-yield-point steel LYP225; low cycle fatigue; S-N Curve; combined hardening parameters E-mail:gerongrong030706@
1.2 实验方法
为了得到钢材的力学性能参数，分别取两根 S 试
样和两根 L 试样（标准拉伸试样）进行单调拉伸试验。
在低周疲劳实验时为了确保与 Peter Dusicha 的结果对
比的一致性，本文采用他的实验加载制度，采用轴向
应变控制的方法：对 S 试样做等幅循环加载实验，实
验的应变幅值 取 1%～7%之间的七个整数值，加载
1 实验概况
1.1 试件尺寸 本次的试验钢材是由国内钢铁公司生产的低屈
服点钢材 LYP225，钢材的化学成分见表 1，表 1 中同 时也给出了国外 LYP225 钢材的化学成分，以便于对 比。本次实验借助中国科学院金属研究所疲劳实验室 的±250KN 电液伺服拉压疲劳试验机完成，其作动器 行程±50mm。引伸计采用标距为 12.5mm，和 70mm 两种类型，安装试样的平行段，量程均为 50%。
Experimental study on low-cycle fatigue of Chinese LYP225
Ge Rongrong1,Xue Yantao2, Niu Xiangyang1 (1.College of Civil Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211800, China;
混凝土结构的疲劳性能评估方法
混凝土结构的疲劳性能评估方法一、前言混凝土结构是建筑中常见的结构之一，而疲劳是混凝土结构在使用过程中常见的问题之一。
疲劳会导致混凝土结构的损坏和失效，因此评估混凝土结构的疲劳性能是必要的。
本文旨在介绍混凝土结构疲劳性能评估的方法。
二、疲劳的概念和分类疲劳是指材料或结构在受到交替或周期性荷载作用下，经过一定次数的循环荷载后产生的变形和损伤。
混凝土结构的疲劳主要分为高周疲劳和低周疲劳两种。
1.高周疲劳高周疲劳是指在频率较高（大于10Hz）的循环荷载下，混凝土结构受到的疲劳损伤。
高周疲劳对混凝土结构的影响主要是引起裂缝的产生和扩展。
2.低周疲劳低周疲劳是指在频率较低（小于10Hz）的循环荷载下，混凝土结构受到的疲劳损伤。
低周疲劳对混凝土结构的影响主要是引起变形和破坏。
三、疲劳性能评估方法评估混凝土结构的疲劳性能需要进行疲劳试验和分析。
下面分别介绍疲劳试验和分析的具体方法。
1.疲劳试验疲劳试验是评估混凝土结构疲劳性能的重要手段。
疲劳试验需要在实验室中进行，其具体方法如下：（1）试件制备：按照规定的尺寸、材料和配合比制备试件。
（2）荷载加载：按照规定的荷载幅值、频率和循环次数进行荷载加载。
（3）观察记录：观察记录试件的变形和损伤情况，包括裂缝产生和扩展、变形增量等。
（4）分析结果：根据试验结果，分析试件的疲劳性能，包括疲劳寿命、疲劳裂缝扩展速率等指标。
2.疲劳分析疲劳分析是评估混凝土结构疲劳性能的重要手段。
疲劳分析需要进行理论分析和计算，其具体方法如下：（1）建立模型：建立混凝土结构的有限元模型，并根据荷载幅值、频率和循环次数进行模拟加载。
（2）分析结果：根据模拟结果，分析结构的疲劳性能，包括疲劳寿命、疲劳裂缝扩展速率等指标。
（3）修正参数：根据试验结果和分析结果，对模型进行修正和调整，以提高分析精度。
四、疲劳性能评估指标疲劳性能评估需要依据一定的指标进行。
下面介绍常用的疲劳性能评估指标。
1.疲劳寿命疲劳寿命是指混凝土结构在循环荷载下能够承受的循环次数。
GH3044的低周疲劳行为研究
ｆｌｗ ｄｂ ｆ ｎｎ ｎ ａ ｅｉｇｂｈｖｏｓ ｔｏｍ ｔ ｐ ｒ ｕｅ Ｒ ｏ ｏ ｅ ｙｓ ｔ ｉｇａ ｄｈ ｄ ｎ ｅ ａｉｒ ａ ｌｏ ｍ ｅａ ｒ（ Ｔ）ａｄ６ ０ｏ ｅｐｃ ｖｌ，ｗ ｉ ｏｌ ｂ ｘｌ ｎｄｂ ｌ ｏｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｎ ０ Ｃ ｒｓｅｔ ｅ ｉ ｙ ｈｃ ｃｕｄ ｅｅｐａ ｅ ｙ ｈ ｉ
［ 文章编号 ］１７ －２４（０ ２ ０ －０６０ ６３ １ ２ １ ） １０ ０ －５ ６
Ｌｏ Ｃｙ ｌ ｔｇ ｅ Ｂｅ ｖｏ ｆＳ ｅ ａ ｌ ｙ ＧＨ３ ４ ｗ ｃｅ Ｆａ ｉ ｕ ｈａ ｉｒ ｏ ｕｐ ｒ ｌｏ ０ ４
ａ ｅ ａｅ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ｔＥｌ ｖ ｔ ｄ Ｔｅ ｅ ａ ｕｒ
给 出了 Ｇ ０ ４合金在此温度下 的疲劳参数。合金的循环应力响应行为在室 温下呈现循环硬 化而后软化 的特征 ， Ｈ３４ 而在 ６Ｏ Ｏ
℃时呈现循环硬化 的特征 ， 原因在于循环变形过程 中位错 之间以及位错与析 出相之 间的相互作用 。ＣｆｎＭ ｎｏ 模 型预测 ｏ ｉ ａｓ ． ｎ 精度在 ± ２倍分散带以内。 ［ 关键词 ］ 高温合金 ； 低周疲劳 ； 应变寿命 ； 环硬化／ 循 软化 ； 应力 一 应变曲线 ［ 中图分类号 ］ Ｇ ３ ． Ｔ １２ ３ ［ 文献标志码］Ａ ｄ ｉ １． ９９ ｊｉ ｎ １７ － １ ．０ ２ ０ ．０ ｏ： ０ ３６ ／． ｓ．６ ３ ２４ ２ １ ．１０ ２ ｓ ６
［ 修订 １期 ］２ １ ３ ０ １年 ９月 １日
【 作者简介】张仕 朝（ ９ ２ 一） 男 ， １８ 年 ， 硕士 ， 师， 工程 主要从事材料疲劳断裂等方面的研究。
第 １期
张仕朝 ， 于慧 臣 ： Ｈ ０ ４的低周疲劳行 为研究 Ｇ ３４
疲劳试验分类
疲劳试验分类
疲劳试验分类是根据研究对象或研究目的的不同对疲劳试验进行分门别类的方式。
疲劳试验是一种常用的实验方法，用于评估材料、构件或系统在长期反复加载下的耐久性能。
下面将介绍常见的疲劳试验分类。
1. 按照破坏方式分类
疲劳试验可以分为疲劳弯曲、疲劳拉伸、疲劳压缩等不同的破坏方式。
疲劳弯曲试验是将试样放置在固定支撑上，施加交替加载，使其发生弯曲破坏；疲劳拉伸试验是施加与拉伸方向平行的交替拉伸载荷，从而导致试样断裂；疲劳压缩试验是施加与试样轴向平行的交替压缩载荷，使其发生破坏。
不同的破坏方式适用于不同的研究对象和应用场景。
2. 按照载荷类型分类
疲劳试验可分为恒幅疲劳和变幅疲劳两种载荷类型。
恒幅疲劳试验是在相同的载荷幅值下进行，主要用于评估材料或构件的疲劳寿命和疲劳强度；变幅疲劳试验是在不同的载荷幅值下进行，主要用于研究材料的疲劳裂纹扩展行为以及材料的疲劳寿命预测。
3. 按照试验应力水平分类
疲劳试验可以分为高周疲劳和低周疲劳两种试验应力水平。
高周疲劳试验是在试验应力水平小于材料的屈服强度时进行，主要研究材料的疲劳强度和疲劳寿命；低周疲劳试验是在试验应力水平大于材料的屈服强度时进行，主要研究材料的塑性行为和疲劳寿命。
总之，根据破坏方式、载荷类型和试验应力水平的不同，疲劳试验可以进行不同的分类。
这些分类有助于更具体、更准确地评估材料、构件或系统的疲劳性能，为相关领域的研究和工程应用提供重要参考依据。
拉伸疲劳试验
拉伸疲劳试验的原理、方法和应用一、什么是拉伸疲劳试验拉伸疲劳试验是一种材料力学试验，用于测定材料或结构件在交变拉伸载荷作用下的疲劳性能。
疲劳是指材料或结构件在应力远低于材料的屈服强度或断裂强度的若干个循环下发生的突然断裂现象。
疲劳是导致许多机械零部件失效的主要原因之一，因此，了解和评估材料的疲劳性能对于保证机械设备的安全和可靠运行具有重要意义。
拉伸疲劳试验通常分为高周疲劳试验和低周疲劳试验两种。
高周疲劳试验是指在较高的循环频率（一般为10~1000 Hz）下进行的拉伸疲劳试验，主要用于测定材料的高周疲劳强度和有限寿命疲劳强度。
低周疲劳试验是指在较低的循环频率（一般为0.01~10 Hz）下进行的拉伸疲劳试验，主要用于测定材料的低周疲劳强度和塑性应变能力。
二、拉伸疲劳试验的原理拉伸疲劳试验的基本原理是在规定的循环应力或应变条件下，对试样进行反复加载，直到试样发生断裂或达到预定的循环次数为止。
在试验过程中，记录并分析试样的应力-应变曲线、应力-循环次数曲线、应变-循环次数曲线等数据，以得到材料的疲劳特性值。
拉伸疲劳试验中常用的参数有以下几个：应力比（R）：指最小应力与最大应力之比，即R=σmin/σmax。
应力比反映了循环载荷的对称性，当R=0时，表示循环载荷为完全正向（拉-拉）；当R=-1时，表示循环载荷为完全反向（拉-压）；当R介于0和-1之间时，表示循环载荷为交变（拉-压）。
应力幅（Δσ）：指最大应力与最小应力之差的一半，即Δσ=(σmax-σmin)/2。
应力幅反映了循环载荷的大小，一般认为，应力幅越大，材料越容易发生疲劳。
平均应力（σm）：指最大应力与最小应力之和的一半，即σm=(σmax+σmin)/2。
平均应力反映了循环载荷的偏心程度，一般认为，平均应力越大，材料越容易发生疲劳。
应变比（εr）：指最小应变与最大应变之比，即εr=εmin/εmax。
应变比与应力比类似，也反映了循环载荷的对称性。
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Harbin Engineering University
现代力学实验技术
实验报告
实 验 题 目：疲劳实验
姓 名： 王笑笛 班 级：土木工程
学 号： S8
实 验 时 间： 2015 年 11 月 25 日
组 成 员：王方鑫、韩天一、王笑笛
成
绩
预习操作 实验报告 教师
签章
力学与工程技术实验教学中心
一、实验原理
1．了解材料的疲劳性质，测定某个应力等级下的疲劳寿命。
2．了解高频疲劳试验机的工作原理和操作方法。
3．掌握不确定性测量的基本分析方法 。
二、实验设备
8800INSTRON
电液伺服疲劳试验机，配备相应的载荷传感器，引伸计等。
三、电液伺服疲劳试验机原理
电液伺服疲劳试验机原理如图所示，泵站提供液压动力，程序装置、型号发生装置、函
数发生器等发出控制信号驱动伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服阀，伺服阀驱动作动器。各
种传感器测量信号经过测量和放大器输出各种信号，形成控制回路。
图 1 电液伺服疲劳试验机原理
英斯特朗（INSTRON）FastTrack™8801 电液伺服试验系统，如图2所示，该系统结合先
进的 FastTrack™8800 数字控制器以及英斯特朗专利 Dynacell™疲劳负荷传感器，同时配
备了全套的动静态分析软件，能够对不同直径，不同厚度的试样进行拉、压、弯等静态加载
实验以及拉-压、拉-拉、压-压、弯曲等疲劳试验，机器刚度好，精度高，实验数据可靠。
3
图2 Instron FastTrack™8801 电液伺服试验系统
四、实验概述
材料疲劳寿命是一个特殊的机械性质。疲劳寿命的一个主要因素是应力水平。在不同的
应力水平下材料具有不同的疲劳寿命。在测定了各级应力水平的疲劳寿命（包括疲劳极限）
时，可以确定一条材料的疲劳寿命曲线，即 S-N 曲线（应力-寿命曲线）。 各应力级别的寿
命并不是一个确定性的量值。它的对数是按照概率正态分布的一个随机变量。因此，试验需
要测定多个同应力级别的试件的寿命（n 个寿命），对这 n 个寿命计算对数寿命的平均值和
标准差。
平均值：
niixnx1
1
标准值：
)1()(12n
xx
s
n
i
i
定义：变异系数为
x
s
Cv
其中：x为寿命的对数，即iiNxlg；
由概率分析理论和统计推断理论，可以确定当置信度达到 95%时变异系数的要求，由此
可以确定最少的试件个数 n。
五、实验步骤
1．每两个人一组（一根试件），测量试件截面几何尺寸。
2．根据拟定的应力水平和应力比 R，计算最大载荷和最小载荷，计算平均静载荷和动载
荷。应力水平是指交变应力中的最大应力。应力比 R 定义：
max
min
R
平均静载荷：
2
maxmin
PPPj
动载荷：
2
minmax
PPPd
3．将试件夹卡到高频疲劳试验机上。注意试件对中。
4．启动疲劳试验机静载荷和动载荷。记录寿命。
5．五根试件计算平均值和标准差、以及变异系数。
6．三个应力水平或四个应力水平的对数疲劳寿命可画出一条疲劳寿命曲线。
六、试验结论
实验结论大致如下图
图3 曲线frN