Page 47 - 理化检验-物理分册2023年第七期

卢祥丰, 等: 铝合金疲劳极限的测试方法

将母材和焊接材加工成15mm×6mm ( 长度× 数据分析方法获得中值疲劳极限, 并使用标准正态
宽度) 的纵向矩形光滑试样, 试样的结构如图1所示。 偏量法和单边误差限法估计材料在置信度为95% 、
可靠度为90%条件下的安全疲劳极限, 比较不同数
据统计分析方法获得结果的差异。

2 试验结果与讨论

2.1 升降法测试疲劳极限
采用升降法测试材料的疲劳极限, 有效试样
图1 试样的结构示意 约为15根 [ 1-2 ] , 在约4 级应力水平下进行试验, 应
1.2 试验方法 力增量为预计疲劳极限的5% , 使第一根试样的应
依据 GB / T3075 — 2021 《 金属材料疲劳试验轴 力水平略高于预计疲劳极限; 根据上一根试样的

向力控制方法》 进行疲劳极限测试, 试验设备为高频 测试结果决定下一根试样的试验应力, 如果上一
疲劳试验机, 试验载荷波形为正弦波, 试验频率约为 根试样失效, 则降低一级应力, 如果上一根试样通

96Hz , 应力比R 为-1 , 疲劳极限指定循环次数为 过, 则升高一级应力, 直至完成全部试验; 根据有
7
10 次。 效数据的终点为“ 通过” 或“ 失效”, 设想在某一应

分别按照 HB / Z112 — 1986 《 材料疲劳试验统 力水平还存在 1 个数据点, 若该点与有效数据的

计分析方法》、 GB / T24176 — 2009 《 金属材料疲劳 起点位于同一应力水平上, 则表示闭合。采用升

试验数据统计方案与分析方法》 和 GB / T12443 — 降法测试母材和焊接材疲劳极限的结果如表 3 , 4
2007 《 金属材料扭矩控制疲劳试验方法》 中的3种 所示。

表3 母材疲劳极限的测试结果( 升降法)
试样编号
疲劳极限 / MPa
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
120 - - - - 失效 - - - - - - - 失效 - - -
通过 失效 失效 失效 通过 失效
115 - - - - - - - - - -
失效 通过 通过 通过 通过 失效
110 - - - - - - - - - -

105 - 通过 - - - - - - - - - - - - - 通过
表4 焊接材疲劳极限的测试结果( 升降法)

试样编号
疲劳极限 / MPa
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
100 - - - - - - - - - - - - - - - 失效 -
95 舍弃 - - - 失效 - - - 失效 - 失效 - - - 通过 失效
90 - 失效 - 通过 - 失效 - 通过 - 通过 - 失效 - 通过 - -
通过 通过 通过
85 - - - - - - - - - - - - -

的计 疲劳极限子样标准差S 的计算方法如式( 2 ) 所示。
根据 HB / Z112 — 1986 , 中值疲劳极限σ 50
算方法如式( 1 ) 所示。 n
1
2
*
S= ( σ i - σ 50 ) ( 2 )
m * ∑
1 n-1 i = 1
* *
σ 50= *∑ V iσ i ( 1 )
n i = 1 变异系数C v 的计算方法如式( 3 ) 所示。
式中: n 为对子总数, 即子样的一半; m 为对子的 S
*
*
C v= ( 3 )
σ 50
σ i+σ i+1
* 为第 i 级
级数, 即升降法级数减1 ; σ i = , σ i
2 在已知置信度1- α 、 存活率 p 和变异系数C v 的
* 为相邻两 条件下, 通过查表可知升降法对子总数是否符合最少
应力水平, σ i+1 为第 i+1级应力水平; V i
级配成的对子数。 观测数要求, 如不符合则须增加试验对子数, 如符合
3 1