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材料的疲劳极限是如何确定的
发布时间: 2024-05-27 14:38 更新时间: 2024-11-22 08:10

材料的疲劳极限,即材料在经受无数次应力循环而不发生破坏的zui大应力值,亦称为持久极限。这一参数的确定主要通过实施专 业严谨的疲劳试验来完成。以下将详细介绍确定材料疲劳极限的步骤及相关信息:


试验准备阶段:


1. 选取适宜的试样:确保试样尺寸小且表面光滑,以有效模拟材料在实际应用中的疲劳行为。

2. 配置疲劳试验机:确保试验机能够施加周期性的应力或应变至试样上,精 准模拟实际工作环境中材料的应力循环。


试验方法的选择与实施:


1. 单点疲劳试验法:特别适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中的旋转弯曲载荷条件。通过此法,可近似得出疲劳曲线,并在试样数量有限时预估疲劳极限。

2. 升降法疲劳试验法:基于常规疲劳试验方法,通过调整应力水平,以获取材料的确切疲劳极限。此方法主要用于分析材料的随机特性或结构疲劳强度。

3. 高频振动与超声疲劳试验法:适用于高频或超高周疲劳条件下的试验,能有效提升试验效率与准确性。

4. 技术疲劳试验红外热像法:运用红外热技术监测材料在疲劳过程中的温度变化,从而推断材料的疲劳极限。


试验执行过程:


1. 将准备好的试样安装在疲劳试验机上,并施加预设的周期性应力或应变。

2. 根据所选试验方法及材料特性,设定恰当的应力水平与应力循环次数。

3. 实时监测试样的变形与破坏情况,详细记录试验数据。


数据分析与结论提取:


1. 利用试验数据绘制应力-寿命(S-N)曲线,展示材料在不同应力水平下的疲劳寿命。

2. 在高循环次数区域,观察疲劳曲线是否呈现平台状,若呈现,则平台的上限可作为疲劳极限的近似值。

3. 在低循环次数区域,注意疲劳曲线是否呈下降趋势,这可能反映了材料的塑性变形影响。

4. 综合S-N曲线及试验数据,zui终确定材料的疲劳极限。


通过以上步骤,我们可以专 业、简洁、清晰地确定材料的疲劳极限,为实际应用提供有力的技术支持与数据参考。

针对展现水平渐近线的S-N曲线材料(例如结构钢),若在常规温度环境下经受高达10^7次的应力循环而未显现疲劳迹象,则即使继续提升循环次数,其疲劳概率亦不会显著增长。据此,我们可以将经过10^7次循环后所承受的zui大应力视作材料的持久极限。


反观有色金属等无显著趋于水平段特征的S-N曲线材料,通常设定10^8次为循环基准,并将该次数下对应的zui大应力值作为“条件性”持久极限。


然而,值得注意的是,材料的疲劳极限并非一成不变,而是受到多重因素的影响。其中,材料的化学成分、热处理状态、晶粒度及力学性能等内在因素起着关键作用。此外,试样的具体尺寸、形状以及表面质量等外在因素亦会对疲劳极限产生显著影响。


综上,通过以上所述步骤和方法,我们可以更精 确地确定各类材料的疲劳极限,进而为产品的设计与制造提供有力的数据支持和科学依据。


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