Page 51 - 理化检验-物理分册2025年第五期

曹龙韬，等： 1铝合金P-S-N曲线的测定及其数据处理方法

表1 6082-T651铝合金板材的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
实测值 1.0 0.21 0.04 0.7 0.8 0.11 0.02 0.04 余量
标准值 0.7~1.3 <0.50 <0.10 0.4~1.0 0.6~1.2 <0.25 <0.20 <0.10 余量
表2 6082-T651铝合金板材的力学性能测试结果 磕碰和腐蚀等损伤或缺陷。除试样端部外，侧面
项目 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 断后伸长率/% 表面粗糙度 R a 不大于 0.32 μm。为避免疲劳裂
实测值 351 317 13 纹出现棱边，需在试样棱边沿轴线方向倒半径为
标准值 ≥300 ≥255 ≥9 0.1~0.2 mm 的圆角，疲劳试样尺寸如图 1 所示。

图 1 疲劳试样尺寸示意
2 试验设备及方法 -1
b = （4）
采用高频疲劳试验机进行试验，试验机有标准 m lge
循环计数装置，其同轴度不大于5%，动态测试力相 在寿命取对数而应力不取对数的坐标图中，应
对误差不超过±3%。 力和寿命之间满足线性关系，通常称为半对数线性
采用升降法测试疲劳极限，用成组法测试高应 关系。
力水平下的疲劳寿命，加载方式为轴向力对循环加载 （2）幂函数模型如式（5）所示。
（拉-压疲劳），应力比R=-1，疲劳寿命为10 次，疲劳 σ m N =C （5）
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试验频率为75 Hz左右。
对式（5）两边同时取对数后，即得
3 P-S-N测定原理 lgC lgN
σ
lg = - （6）
3.1 S-N曲线数学模型 m m
S-N曲线即疲劳曲线，表明应力与疲劳寿命之 在寿命和应力取对数的坐标图中，应力和寿命
间的关系，其主要用于估算疲劳寿命和对基本疲劳 之间满足线性关系，通常称为双对数线性关系，1/m
性能的描述，其中S为应力， N为循环次数或寿命。 为S-N曲线的负斜率。
将疲劳试验中获得的数据进行拟合，以循环数为横 3.2 升降法测条件疲劳强度
坐标，以与之对应的应力幅值或最大应力为纵坐标， 对于母材而言，条件疲劳极限对应的循环次数
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即可获得S-N曲线 。 通常选为10 次，采用“升降法”进行测试，第一根试
[2]
为了方便描述曲线的规律，主要有以下两种常 样选用较高的应力水平，随后试样的应力水平取决
用的S-N曲线数学模型。 于前一根试样的试验结果。凡前一根试样未达到指
（1）指数函数模型(Wohler公式）如式（1）所示。 定寿命发生破坏，则随后的一次试验在低一级的应
m σ （1） 力水平下进行；凡前一根试样达到指定寿命，则随后
e N = C
式中： m和C是与材料、应力比、加载方式等相关的 的一次试验在高一级的应力水平下进行，直至升降
参数；σ 为应力。 图“闭合”。闭合的条件是：根据有效数据点的终点
对式（1）两边同时取对数后，即得 为越出或破坏，可设想依次试验的某一应力水平还
存在一个待定数据点，若该点与有效数据的起点位
（2）
lgC 于同一应力水平，则表示闭合，相邻两个应力级间的
a = （3） 应力增量通常选为预计疲劳极限的3%~5%。
m lge
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