[發(fā)明專利]一種測試金屬材料疲勞極限的方法以及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911150736.6
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN112824867B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉鋼;馮恩升;姜潮
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 北京英創(chuàng)嘉友知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11447
• 代理人: 張巖龍

本公開涉及一種測試金屬材料疲勞極限的方法以及裝置，該方法包括：在確定金屬材料試樣與疲勞試驗機發(fā)生共振時，獲取所述疲勞試驗機在預設(shè)周期內(nèi)按照預設(shè)頻率加載的應(yīng)力的第一應(yīng)力幅值；獲取在到達所述預設(shè)周期的預設(shè)時長時所述金屬材料試樣表面的第一溫升值；根據(jù)所述第一應(yīng)力幅值和所述第一溫升值循環(huán)執(zhí)行參數(shù)獲取步驟，直至所述金屬材料試樣發(fā)生疲勞失效，得到應(yīng)力幅值集和溫升值集；根據(jù)所述應(yīng)力幅值集和所述溫升值集確定所述金屬材料的疲勞極限，只需一個金屬材料試樣即可得到該金屬材料的疲勞極限，節(jié)約了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及金屬材料疲勞特性測試技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種測試金屬材料疲勞極限的方法以及裝置。

背景技術(shù)

工程實際中如汽車、高速列車、輪船以及航空等領(lǐng)域中的大多數(shù)金屬材料的結(jié)構(gòu)都承受著循環(huán)交變載荷，雖然這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計滿足靜強度的要求，但是在服役一定的時間以后，依然會發(fā)生失效破壞。這種失效破壞也被稱之為疲勞破壞，其原因在于這些材料或結(jié)構(gòu)的實際受載的局部應(yīng)力要高于其疲勞極限，這就會造成在一定的循環(huán)載荷加載周次下，材料或結(jié)構(gòu)就會發(fā)生疲勞斷裂失效。因此，對材料或結(jié)構(gòu)的疲勞極限的準確評估在工程設(shè)計中具有重要的意義，尤其在無限壽命設(shè)計準則當中，其要求材料或結(jié)構(gòu)的受載應(yīng)力要低于其疲勞極限，此時該材料或結(jié)構(gòu)將永遠(載荷循環(huán)周次＞10⁷)不會發(fā)生疲勞失效。

對材料或結(jié)構(gòu)疲勞極限的測定，傳統(tǒng)做法是采用升降法對材料或結(jié)構(gòu)進行疲勞極限進行測定。在該方法中，至少要對13根試樣進行疲勞試驗，來確定疲勞極限，而疲勞試驗是非常耗時的。由于加載頻率大小的限制，單單一根循環(huán)10⁷周次的疲勞試驗就需要277.8天(加載頻率10Hz)。因此采用升降法的疲勞試驗測定材料或結(jié)構(gòu)的疲勞極限不僅耗時，且成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的目的是提供一種金屬材料疲勞極限測試方法以及裝置，以解決采用升降法的疲勞試驗測定材料或結(jié)構(gòu)的疲勞極限不僅耗時，且成本較高的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本公開第一方面提供一種測試金屬材料疲勞極限的方法，包括：

在確定金屬材料試樣與疲勞試驗機發(fā)生共振時，獲取所述疲勞試驗機在預設(shè)周期內(nèi)按照預設(shè)頻率加載的應(yīng)力的第一應(yīng)力幅值；其中，所述預設(shè)頻率在1萬赫茲至10萬赫茲之間，所述預設(shè)周期的時長在0.5秒至2秒之間；

獲取在到達所述預設(shè)周期的預設(shè)時長時所述金屬材料試樣表面的第一溫升值，所述預設(shè)時長在0.05秒至0.2秒之間；

根據(jù)所述第一應(yīng)力幅值和所述第一溫升值循環(huán)執(zhí)行參數(shù)獲取步驟，直至所述金屬材料試樣發(fā)生疲勞失效，得到應(yīng)力幅值集和溫升值集；

根據(jù)所述應(yīng)力幅值集和所述溫升值集確定所述金屬材料的疲勞極限。

可選地，所述參數(shù)獲取步驟包括：

將所述第一應(yīng)力幅值增加預設(shè)幅值增量，得到第二應(yīng)力幅值，并將所述第二應(yīng)力幅值添加至所述應(yīng)力幅值集，并控制所述疲勞試驗機在所述預設(shè)周期內(nèi)按照所述預設(shè)頻率增加加載的應(yīng)力，以使得加載的應(yīng)力的應(yīng)力幅值為所述第二應(yīng)力幅值；

基于所述疲勞試驗機按照所述第二應(yīng)力幅值加載的應(yīng)力，獲取在到達所述預設(shè)周期的所述預設(shè)時長時所述金屬材料試樣表面的第二溫升值，并將所述第二溫升值添加至所述溫升值集；

若所述金屬材料試樣未發(fā)生疲勞失效，在所述金屬材料表面溫度下降到所述預設(shè)溫度后，將所述第二應(yīng)力幅值更新為新的所述第一應(yīng)力幅值。

可選地，所述根據(jù)所述第一應(yīng)力幅值和所述第一溫升值循環(huán)執(zhí)行參數(shù)獲取步驟前，所述方法還包括：

在所述預設(shè)周期時長后，控制所述疲勞試驗機停止加載應(yīng)力；

控制所述疲勞試驗機停止加載應(yīng)力后，采集金屬材料試樣的表面溫度；