4疲劳试验-

实  验  报  告 课程名称：      性能研究技术        成绩：        实验名称：        疲劳曲线S-N测定      批阅人：        实验时间：201    实验地点： x    报告完成时间：          9 姓 名：         学号：    9   班级：     班 同组实验者：                          指导教师：    一、实验目的 1.了解金属材料疲劳强度的测定原理及方法。 2.学习疲劳试验中平均载荷的计算方法认识疲劳试验机的构造。 3.测定试验材料的疲劳曲线S-N曲线，并分析材料的疲劳性能。 二、实验原理 中很多零件都是在变动载荷下工作的，其失效的形式主要是疲劳断裂。疲劳是指金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于累计损伤而引起的断裂现象。 疲劳断裂与静载荷或一次冲击加载断裂相比，疲劳是低应力循环延时断裂，是具有寿命的断裂，当应力低于某一临界值时，寿命可能达到无限长；疲劳的断裂机理是脆性断裂；疲劳对材料的缺陷十分敏感。以上也是疲劳断裂区别于其他失效形式的重要特点。 疲劳破坏一般是在变动载荷下发生的，它是指载荷大小，甚至方向均随着时间变化的载荷，其在单位面积上的平均值为变动应力。变动应力可分为规则周期变动应力即循环应力，和无规则随机变动应力两种。生产和实验中常用到的是循环应力，其波形有正弦波、矩形波和三角波等。常见的循环应力有对称交变应力、脉动应力、波动应力和不对称交变应力等。 疲劳曲线是疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线，即S-N曲线，它是确定疲劳极限、建立疲劳应力判据的基础。如下图所示，纵坐标为循环应力的最大应力或应力幅；横坐标为断裂循环周次。可以看出，S-N曲线由高应力段和低应力段组成。前者寿命短，后者 寿命长，且随应力水平下降断裂循环周次增加。对于一般具有应变失效的金属材料，当循环应力水平低于某一临界值时，低应力段变为水平线段，表明试样可以经无限次应力循环也不发生断裂，故将对应的应力称为疲劳极限。对于另一类金属材料，其S-N曲线没有水平部分，只是随应力降低循环周次不断增大。此时，只能根据材料的使用要求规定某一循环周次下不发生断裂的应力作为条件疲劳极限。 三、实验设备及材料 1、实验设备：10顿高频疲劳试验机。 2、实验材料：铝合金焊接板式试样（如下图） 四、实验内容 1、制备样品 取两块铝合金板材，利用焊接成型拼接在一起，然后把焊接接口磨平，并把焊接后的板材加工成如上图所示的形状，使接口沿平面的对称线分布，对试样进行整体磨削。 按上述方法加工六个铝合金焊接接口疲劳试样。 2、疲劳试验 把试样装夹在高频疲劳试验机上，设置循环载荷波形为正弦波，其应力比r=0。按不同大小的载荷依次对六个试样进行疲劳性能测试，每个试样的具体实验参数见表1。 五、试验结果及分析 按照实验内容对六个试样设置好不同的试验参数，分别进行疲劳性能测试，得出结果如表1所示。 表1 疲劳试验数据表 材料：铝合金（焊接）  输出波形：正弦波形  应力比R=0  频率：102Hz 编号 温度 尺寸(mm) 应力 加载力 状态 1 8℃ 3.59× 20.02 80MPa 2.8kN 2.8kN 110000 5750N 断 2 8℃ 3.62× 19.79 60MPa 2.15kN 2.15kN 3800000 4298N 断 3 8℃ 3.60× 19.90 50MPa 1.8kN 1.8kN 10000000 3582N 未断 4 8℃ 3.60× 19.99 60MPa 2.6kN 2.6kN 10000000 4318N 未断 5 8℃ 3.60× 19.81 70MPa 2.5kN 2.5kN 930000 4992N 断 6 8℃ 3.60× 20.00 65MPa 2.3kN 2.3kN 10000000 4681N 未断 根据表1中的相关数据结果，做出路合金焊接试样的疲劳性能试验S-N曲线，如图1所示。                       图1  疲劳性能S-N曲线          六、体会