[发明专利]金属材料等幅全应变-寿命曲线测试方法

说明书

本发明涉及一种金属材料等幅全应变‑寿命曲线测试方法，1、对试样加工和表面处理；2、进行短寿命疲劳测试，循环寿命小于10万次时，采用引伸计进行应变控制，试验频率0.1Hz～1Hz；3、测试总应变幅值大于3‰的不同应变幅值下的循环寿命，用应变幅值控制试验，频率为0.1Hz～1Hz之间；4、在总应变幅值1‰～3‰的范围内确定短寿命疲劳到长寿命疲劳的转变点对应的应变幅值；5、进行长寿命疲劳测试，5万次内的第一阶段采用引伸计进行应变控制，试验频率0.1Hz～1Hz之间；大于5万次的第二阶段，采用应力控制，试验频率10Hz～25Hz之间，选择用循环5万次所对应的应力幅值作为第二阶段的应力控制幅值；6、拟合总应变‑寿命公式。通过本发明方法能得到金属材料的全应变‑寿命曲线。

技术领域

本发明涉及金属材料力学性能测试技术领域，具体涉及金属材料加载比为-1的全应变-寿命曲线即ε-N曲线的测试方法。

背景技术

随着结构件设计理念的变化，越来越多的客户进行设计时要求提供金属材料的全应变-寿命曲线。该曲线包括低应力小应变下的高周疲劳特征和高应力大应变下的低周疲劳特征，将材料的高周疲劳和低周疲劳性能统一起来，用应变-寿命曲线进行表征。而传统所说的应变-寿命曲线主要用于描述材料高应力大应变下的低周疲劳行为，低应力的高周疲劳行为用应力-寿命曲线来描述。

结构件在使用过程中，各个部位所承受的变形量不同，有些部件承受较大的变形量，有些部件承受较小的变形量，若要在设计时能合理评估其不同部位的安全使用寿命，就必须依附材料不同应变量所对应的寿命，因此，需要测量材料的全应变-寿命曲线作为数据支撑。

目前国家关于疲劳寿命曲线的测试标准主要有四个，国家标准GB/T 15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》和GB/T 26077-2010《金属材料疲劳试验轴向应变控制方法》主要适用于材料发生较大应变时，试验过程应变控制，循环寿命低于10⁵次的低周疲劳试验测试；GB/T 3075-2008《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》和GB/T 26076-2010《金属薄板(带)轴向力控制疲劳试验方法》规定了应力控制的高周疲劳试验条件，循环寿命一般在10⁵～10⁷之间，得到的是应力-寿命曲线。

关于全应变-寿命曲线是个全新概念，关于这方面的文献非常少，文献《Characterization of the strain-life fatigue properties of thin sheet metalusing an optical extensometer》中提出用光学引伸计测试薄板的应变-寿命曲线。该方法采用位移控制模式，在试样的平行段做两个标记点，通过DIC数字采集系统拍照跟踪试验过程中两个标记点距离的变化，从而推算出应变量。该方法不是应变控制，而位移转换的应变误差较大，同时不能精确分离弹塑性应变大小。而且数字采集系统的频率有限，大量数据很难采集完整。

综上所述，金属材料的全应变-寿命曲线是结构设计中所必需的基础数据，而目前国内外标准和文献中还没有关于其测试方法的规定和研究。金属材料全应变-寿命曲线测试技术难点在于：1)该试验过程中设计到大应变的短寿命疲劳和小应变的长寿命疲劳，如何准确选择两个阶段不同的试验控制方法是技术关键点和难点。2)基于试验周期和试验手段的考虑，目前还不可能将长寿命的疲劳试验完全用应变控制，应变控制疲劳试验，频率低，需要时间长，效率非常低。3)金属材料的疲劳性能都存在频率效应，目前还没有界定一个对疲劳性能测试结果影响较小的频率范围；4)还没有界定材料短寿命和长寿命转折点对应的应变范围。5)针对不同的试验控制方式，会改变原有的应变-寿命曲线数据处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种金属材料等幅全应变-寿命曲线测试方法，能有效解决以上技术难点。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：