一、 測試原理與目的

原理：通過對金屬試樣施加循環(huán)變化的彎曲應(yīng)力，模擬其在實際工作中承受的反復(fù)彎曲載荷，直至試樣產(chǎn)生裂紋或斷裂。

目的：

1. 測定S-N曲線：繪制應(yīng)力幅與疲勞循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線，這是評估材料疲勞性能的基礎(chǔ)。

2. 確定疲勞極限：對于鋼鐵等材料，尋找其理論上可以承受無限次循環(huán)（如1000萬次）而不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值。

3. 比較材料性能：比較不同材料、不同熱處理工藝或不同表面處理狀態(tài)下的疲勞性能。

4. 質(zhì)量控制與失效分析：為產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)支持，并用于分析實際工況下的疲勞失效原因。

二、 主要測試方法（加載方式）

1. . 三點彎曲疲勞測試

原理：試樣由兩個支撐點支撐，一個作動頭在試樣中心點施加交變載荷。

特點：試樣中部彎矩最大，應(yīng)力集中明確。常用于陶瓷、復(fù)合材料或帶有預(yù)制裂紋的試樣。

2. 四點彎曲疲勞測試

原理：試樣由兩個支撐點支撐，但有兩個對稱的加載點。在兩個加載點之間的區(qū)域，試樣承受純彎曲（恒定彎矩）。

特點：在恒彎矩區(qū)內(nèi)，應(yīng)力分布均勻，非常適合測試表面處理（如噴丸、滲碳）的效果，因為結(jié)果不受應(yīng)力梯度的影響。

三、 測試系統(tǒng)核心組成部分

1. 主機框架：提供剛性支撐。

2. 加載系統(tǒng)：三點/四點彎曲：電磁試驗機。

3. 控制系統(tǒng)：控制測試頻率、載荷幅值、波形等。

4. 測量系統(tǒng)：

載荷傳感器：測量施加的力。

應(yīng)變片：貼在試樣上，直接測量應(yīng)變，從而更精確地計算應(yīng)力。

5. 計數(shù)與停機系統(tǒng)：循環(huán)次數(shù)計數(shù)器，以及當(dāng)試樣斷裂或出現(xiàn)特定變形時能自動停機的裝置。

四、 測試流程與數(shù)據(jù)分析

1. 試樣制備：嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T、ISO、ASTM）加工試樣，確保表面光潔度一致，避免引入額外的應(yīng)力集中。

2. 安裝試樣：精確對中，確保載荷施加無誤。

3. 設(shè)置參數(shù)：設(shè)定應(yīng)力水平、頻率、循環(huán)次數(shù)上限等。

4. 開始測試：在不同應(yīng)力水平下測試一組試樣（通常8-12個）。

5. 數(shù)據(jù)記錄：記錄每個試樣在特定應(yīng)力下的疲勞壽命（斷裂時的循環(huán)次數(shù)）。

6. 繪制S-N曲線：

縱軸：應(yīng)力幅。

橫軸：疲勞壽命（通常取對數(shù)坐標(biāo)）。

將數(shù)據(jù)點繪制在圖上，并進(jìn)行曲線擬合。

7. 確定疲勞極限：對于鋼鐵材料，通常將經(jīng)受 10^7 次循環(huán)不斷裂的最高應(yīng)力值定義為疲勞極限。

五、 主要標(biāo)準(zhǔn)

國際標(biāo)準(zhǔn)：

ISO 1143: Metallic materials — Rotating bar bending fatigue testing

ASTM E466: Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials (雖然主要是軸向，但原則通用)

ASTM E739: Standard Practice for Statistical Analysis of Linear or Linearized Stress-Life (S-N) and Strain-Life (ε-N) Fatigue Data

中國國家標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 4337: 金屬材料 疲勞試驗 旋轉(zhuǎn)彎曲方法

GB/T 3075: 金屬材料 疲勞試驗 軸向力控制方法

六、 應(yīng)用與注意事項

應(yīng)用領(lǐng)域：汽車發(fā)動機曲軸、連桿、彈簧；鐵路車軸；飛機起落架；風(fēng)力發(fā)電機主軸；各種傳動軸等。

注意事項：

應(yīng)力集中：缺口、劃痕等會顯著降低疲勞壽命，測試時需特別注意。

表面狀態(tài)：表面粗糙度、殘余應(yīng)力（如噴丸強化）對結(jié)果影響巨大。

頻率效應(yīng)：在高頻下，材料可能因溫升而導(dǎo)致性能變化。

統(tǒng)計分析：疲勞數(shù)據(jù)具有固有的分散性，必須使用統(tǒng)計方法處理數(shù)據(jù)。

總結(jié)：金屬材料彎曲疲勞測試是一種高效、經(jīng)濟(jì)且標(biāo)準(zhǔn)化的方法，是獲取材料基礎(chǔ)疲勞性能數(shù)據(jù)的重要手段。通過選擇合適的測試方法并嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)流程，可以獲得可靠的數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品設(shè)計和壽命預(yù)測提供關(guān)鍵依據(jù)。好的，金屬材料彎曲疲勞測試是疲勞測試中最常見和基礎(chǔ)的類型之一。它主要用于快速評估金屬材料在交變應(yīng)力下的耐久性，對于軸、彈簧、橋梁構(gòu)件等承受彎曲載荷的部件至關(guān)重要。