Page 48 - 理化检验-物理分册2021年第十期

苏洪英, 等: 汽车薄板拉 - 压高周疲劳试样的形状和尺寸选取

样, 进行应力比R=-1的疲劳试验, 在试样不发生 试样, 其轴向刚度k 的计算式如下:
屈曲的条件下, 通过相同应力水平下不同疲劳试样 A· E
k= ( 1 )
尺寸的疲劳寿命循环次数, 设计合适的疲劳试样形 L c
状和尺寸, 避免了安装防屈曲装置引入的摩擦力导 式中: A 为试样的面积; E 为试样的弹性模量; L c 为
致试验偏差, 以及因试样发热、 试验频率过低而导致 试样的平行长度。
为使刚度k 尽可能大, 在试样厚度a 和弹性模
的试验时间过长、 试验效率过低等问题。
尽可能大。试验时
量E 不变的情况下, 应使b / L c
1 试验方法 上下夹头完全夹紧, 夹持段材料的流动完全被夹头
1.1 试验原理 限制。如果试样比较宽, 即b / L c 足够大时, 宽试样
试验段宽度b 是影响疲劳试验结果的参数之 的两边为自由边, 在宽度方向上没有限制, 处于单向
一, 宽度选择的条件是保证试样上的所有点为单轴 拉伸应力状态。从宽试样两边到宽试样中心部位,
应力状态。当宽度b≥6a ( a 为试样厚度) 时, 在试 材料在宽度方向上受到两边材料的限制逐渐加强,
在正中心处宽度方向受到的限制最强, 沿试样宽度
样的中心产生横向力矩, 并将出现平面应变状态。
处于平面应变状态的试样受三向拉应力作用, 材料 方向产生拉应力, 这部分材料处于平面应变的受力
会变脆, 试样极易断裂。当试样宽度增加时, 各危险 状态 [ 7-8 ] 。为保证试样上的所有点受单轴应力作用,
点应力状态的性质不同, 将导致在相同材料中和相 设计试验段宽度b≤10a 进行试验验证。为避免平
同条件下一些试样的破坏从中心开始, 而另一些试 行长度太长而降低试样刚度, 设计试样b≤L c≤5 b
样的破坏从边缘开始 [ 8 ] 。因此, 设计试验段宽度 进行试验验证。
1.2 试验方案
b≤6a 进行试验验证。
为避免薄板在拉 - 压疲劳试验中产生屈曲, 应使 常见矩形横截面疲劳试样形状分为圆弧形和等
设计的疲劳试样刚度尽可能大。对于单轴应力状态 截面形疲劳试样两种, 如图1所示。

图1 疲劳试样示意图

Fi g 1 Schematicdia g ramoffati g ues p ecimens a theuniform- g a g efati g ues p ecimen b thehour- g lassfati g ues p ecimen

分别选取厚度较薄、 强度较低的 0.8mm 厚的 表1 210P1钢和 DP780钢的拉伸性能

210P1高强度无间隙原子钢和厚度较厚、 强度较高 Tab 1 Tensile p ro p ertiesof210P1steelandDP780steel MPa
牌号 屈服强度 抗拉强度

的1.4mm 厚的 DP780双相钢, 在圆弧半径相同的
210P1 218 412
情况下, 制备出不同试验段宽度、 不同平行长度的疲
DP780 416 811
劳试样, 进行不同应力水平、 R=-1 的疲劳试验。
在试验频率相同的情况下, 通过相同应力幅应力水 1.2.1 试验段宽度和平行长度的确定
平下不同尺寸试样的疲劳寿命, 确定合适的试验段 在圆弧 r=7a 的情况下, 等截面试样设计8组
宽度和平行长度。疲劳试样试验段宽度和平行长度 不同疲劳试样尺寸, 共计24种疲劳试样尺寸, 即第

确定后, 设计不同圆弧半径的疲劳试样, 同样进行不 1组: b=a , L c=b 、 2b 、 3b 、 4b 、 5b ; 第 2 组: b=2a ,
L c=b 、 2b 、 3b 、 4b 、 5b ; 第3组: b=3a , L c=b 、 2b 、 3b 、
同应力水平、 R=-1的疲劳试验, 在相同的应力循
4b 、 5 b ; 第 4 组: b=4a , L c=b 、 2 b 、 3 b 、 4 b 、 5 b ; 第 5
环形式下, 即比对不同圆弧半径试样的疲劳寿命, 即
组: b=5a , L c=b ; 第 6 组: b=6a , L c=b ; 第 7 组:
相同应力水平下不同圆弧半径试样的循环次数, 确 b=8a , L c=b ; 第8组: b=10a , L c=b 。通过相同应
定合适的圆弧半径。表1为210P1钢和 DP780 钢 力水平下不同尺寸试样的循环次数, 确定合适的疲
的拉伸性能。 劳试验段宽度b 和平行长度L c 。
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