[發明專利]一種材料疲勞壽命試驗數據的處理方法

有效

• 申請號: 201210266026.1
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102798568A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 李影;于慧臣
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 梁瑞林

技術領域

本發明屬于材料疲勞壽命試驗技術，涉及一種材料疲勞壽命試驗數據的處理方法。

背景技術

材料在軸向加載、旋轉彎曲加載和扭轉加載等交變載荷作用下會表現出疲勞現象。應力-壽命（Ｓ-Ｎ）方程是表征材料在應力控制加載條件下的疲勞強度的常用手段。通常通過以下的步驟獲得Ｓ-Ｎ方程：在不同的應力水平下通過在疲勞試驗機上對材料試樣進行疲勞試驗，得到試樣的應力水平數據和疲勞壽命數據的疲勞數據對；然后，采用下述方法對獲得的疲勞壽命-應力數據對進行處理，以獲得Ｓ-Ｎ曲線及方程。參見圖1，它給出一個常規疲勞數據對處理方法的實例。圖中，橫軸代表材料的疲勞斷裂壽命，縱軸代表施加的應力，圖中施加的應力水平范圍為360Mpa～550MPa。在每一級應力水平下，在一定的壽命范圍內分布有多個與疲勞數據對對應的數據點。其中，黑點表示試驗直到斷裂的試驗點，稱為斷裂點。空心方框點表示溢出點，數字“2”指代的溢出點表示在380MPa的條件下2根試樣至10⁷循環周次未斷并采取停機處理，數字“5”指代的溢出點表示在5根試樣至10⁷循環周次未斷并采取停機處理。對于溢出點的處理一般采取兩種方法。在一種方法中，考慮到溢出點不是試樣的實際斷裂壽命，因此直接將其舍去，這會造成數據的浪費，因為溢出點往往代表測試成本最高的數據點；同時，這種有意的選擇性的舍棄造成了出現溢出點的應力水平的壽命大大低于實際的壽命值。在第二種方法中，將溢出點視為在10⁷循環周次斷裂的斷裂點，與其他斷裂點一起處理。但是，由于溢出點的實際斷裂壽命可能分布于從10⁷到無窮大的廣泛的范圍內，因此這種處理方法造成疲勞極限值偏低。圖1中的曲線A即按照第二種方法得出的處理結果。從圖1中可以看出，第二種處理方法得到的與最低一級應力水平對應的疲勞壽命一般低于10⁷循環周次，這明顯低估了材料的疲勞壽命。當這樣處理的數據被應用于諸如航空發動機等結構設計中，會造成效率的低下。

發明內容

本發明的目的是：提出一種材料疲勞壽命試驗數據的處理方法，以避免浪費數據和低估材料的疲勞壽命。

本發明的技術解決方案是：一種材料疲勞壽命試驗數據的處理方法，對某種材料的試樣按照《金屬旋轉彎曲疲勞試驗方法（GB/T4334-87）》、《金屬高溫旋轉彎曲疲勞試驗方法（GB/T?2107-1980）》和《金屬軸向疲勞試驗方法（GB/T?3075-1982）》規定的方法進行材料高周疲勞性能測試，獲得試樣的應力水平數據和疲勞壽命數據的疲勞數據對，疲勞壽命數據包括：①低于預定疲勞壽命的斷裂點數據；②大于等于預定疲勞壽命的溢出點數據；其特征在于，處理的步驟如下：

1、求材料的疲勞極限：

1.1、疲勞極限數據配對：找出所有的溢出點數據，針對每個溢出點數據，尋找應力水平比該溢出點數據高一級的斷裂點數據，若有，則將該溢出點數據與該斷裂點數據配對作為一個疲勞極限數據對；若沒有，則舍棄該溢出點數據；至少應保證有3個疲勞極限數據對；

1.2、求疲勞極限值：求出所有疲勞極限數據對的應力水平的平均值作為疲勞極限值；

2、疲勞壽命數據預處理：對于不包括溢出點數據的疲勞數據對中的疲勞壽命數據做如下處理：對于同一應力條件下的n_i個疲勞壽命數據先做以10為底的對數化處理，然后做平均化處理，得到預處理后的疲勞壽命數據，n_i為同一應力條件下的試樣個數，n_i不小于3，i表示應力條件的序號，不同序號的應力條件下施加的應力值不同；

3、求疲勞壽命曲線中的截距B₁和斜率B₂：將預處理后的疲勞極限值作為B₃代入公式：

logN＝B₁+B₂log(S-B₃)，…………………………………………[1]

式中，S為應力水平數據，N為疲勞壽命數據，將所有預處理后的疲勞壽命數據代入公式[1]，進行線性擬合處理，獲得疲勞壽命曲線中的截距B₁和斜率B₂，每個預處理后的疲勞壽命數據代入公式[1]的次數為n_i。

本發明的優點是：提出了一種更加合理的材料疲勞壽命試驗數據的處理方法，避免了浪費高成本獲得的數據和低估材料的疲勞壽命。

附圖說明