疲勞是什麼？
疲勞試驗是一種對樣品重複施加低於靜態強度的應力，同時確定失效循環次數的試驗。結果以應力循環 (S-N) 曲線的形式呈現。
疲勞的目的
目的是預測在重複負載下運行的零件的壽命並確定設計的疲勞強度極限。
疲勞適用於哪些產品？
- 軸、輪軸和傳動系統部件
- 彈簧和緊固件
- 焊接結構接頭
- 航空航天和汽車零件
- 壓力容器及管道
疲勞應用於哪些行業？
與疲勞相關的標準
- ISO 1099
- ISO 1143
- ASTM E466
- ASTM E606
- ISO 12107
疲勞的測試條件
- 裝載類型
- 軸向拉伸-壓縮、旋轉彎曲或扭轉
- 應力比
- R = σ最小/σ最大；規格中定義
- 頻率
- 選擇以防止加熱；通常為 5–100 Hz
- 終止
- 斷裂，或達到規定的循環次數（例如 10⁷）
疲勞的測試設備
- 伺服液壓或共振疲勞機
- 旋轉彎曲疲勞機
- 循環計數器和自動關機
- 溫度監測
疲勞的樣品要求
- 樣品表面必須加工至標準中規定的粗糙度
- 如果不希望有凹口或不連續性，則表面必須完美無缺
- S-N 曲線需要處於多個應力水平的樣本
- 建議每個級別至少三個樣本
疲勞的測試時程
這是一個長期的測試。 10⁷ 週期測試可能需要幾天到幾週的時間，具體取決於頻率。
疲勞的測試程序
- 1加工樣品並測量其尺寸。
- 2決定應力水平和應力比。
- 3樣本軸向安裝在機器中。
- 4以定義的頻率開始重複載入。
- 5加載繼續斷裂或終止循環。
- 6記錄每個等級的循環數並繪製 S-N 曲線。
疲勞的允收準則
規範中給出的驗收標準為指定應力水準下的最小循環次數或最小疲勞強度。
結果評估
S-N 曲線和散點圖一起評估。手柄處或不連續處的斷裂可能會使結果無效；檢查斷裂表面以確定起始點。
疲勞測試報告
- 適用標準及裝載類型
- 應力水平和應力比
- 頻率和環境條件
- 每個樣本的循環次數
- S-N 曲線與斷裂面評估
認證
EUROLAB 擁有 IAF 和 ILAC 多邊認可安排締約方認證機構獲得的國際認可認證，根據 ISO/IEC 17025 實驗室測試、ISO/IEC 17020 檢查和監督以及 ISO/IEC 17021-1 和 ISO/IEC 17065 系統和產品認證。該鏈條確保所發布的報告和證書在全球範圍內得到接受。
是否可以在認可範圍內提供此測試取決於您的產品和所採用的標準；由於認證是基於方法的，因此範圍在報價階段以書面形式確認。
範圍和授權相關規定
- 航空航天和汽車零件規格
- 壓力容器設計標準
Mekanik Testler — 此測試領域涵蓋哪些內容？
以下段落說明 疲勞 測試所屬的領域；此測試本身的條件與允收標準列於上方各節。您產品專屬的範圍將在報價階段以書面確認。
力学测试用以衡量材料或零件在受力下的表现。该系列涵盖从静态加载(拉伸、压缩、弯曲)到随时间变化的行为(疲劳、蠕变),再到硬度、磨损直至断裂韧性。
这些测试的共同点在于,其结果都是以材料属性的形式报告的。屈服强度或硬度并非合规判定,而是设计和产品标准将据以比较的数值数据。因此,力学测试报告通常是工程决策的输入,而非产品批准的依据——涉及材料选择、安全系数、寿命预测等方面。
静态与动态行为之间的区别是理解该领域的关键。一个零件在静态荷载下可能看起来完全没有受力,但在重复加载下却可能断裂;疲劳断裂发生在远低于屈服强度的应力水平,且不会给出任何预警。因此,对于旋转、振动或承受循环荷载的零件而言,单靠拉伸试验并不能提供充分的证据。
测试条件决定结果,这对报告的可读性至关重要:试样几何形状、加载速率、温度、状态调节以及夹持方式。同一材料在不同条件下会给出不同的数值。在塑料中,速率效应非常明显;在金属中,温度效应更为突出;在复合材料中,试样取向会完全改变结果。
硬度是该领域中最常被滥用的测量指标。由于其快速、接近无损且成本低,常被用来替代强度。虽然存在硬度换算为强度的对照表,但这些换算是近似值,且取决于具体材料类别;将其作为材料验收的唯一证据是错误的做法。
断裂力学方面需要专门的能力。断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的测量使得计算带裂纹结构还能持续使用多久成为可能;它们是压力设备、飞机结构和管道等领域损伤容限设计的基础。
此領域的方法群組
静态测试
拉伸、压缩、弯曲、剪切与扭转。可获得屈服强度和抗拉强度、伸长率及弹性模量。
冲击测试
夏比及埃佐冲击试验;根据温度确定材料从脆性到韧性的转变行为。
硬度
布氏、维氏、洛氏、邵氏及显微硬度。对表面处理深度和局部强度差异具有重要价值。
疲劳
力控制和应变控制的轴向疲劳、弯曲疲劳;S-N曲线及疲劳极限。
蠕变与应力松弛
高温下长期承载的行为;对锅炉、涡轮机及压力设备材料具有决定性意义。
断裂力学
平面应变断裂韧性、J积分、CTOD及疲劳裂纹扩展速率。
磨损与摩擦
泰伯磨耗及旋转滚筒磨耗测试、摩擦系数测量。
此領域常見混淆之處
- 从硬度推算强度只是近似值;不能作为材料验收的唯一证据。
- 静态强度充足并不能证明疲劳强度;承受循环载荷的零件需要单独进行测试。
- 若不报告测试速率和温度,结果将无法比较——聚合物和复合材料尤其如此。
- 试样与实际零件可能给出不同的数值;成型取向、熔接线和表面处理差异都会产生影响。
- 对复合材料给出强度值而不说明试样取向是没有意义的。
- ASTM与ISO对应标准测量同一物理量,但试样几何形状不同;结果不能视为直接等效。
這些結果支持哪些決策
- 设计验证与材料选择
- 来料检验与供应商认可
- 满足产品标准中的机械要求
- 失效分析、寿命预测与损伤容限计算
- 驗證熱處理與表面處理製程
相關測試
關於疲勞的常見問題
疲勞測試需要多長時間？
這取決於目標週期數和頻率。高週期 (10⁷) 測試可能需要數週時間；因此，日程安排在報價階段就明確了。