[发明专利]一种热敏性金属材料疲劳性能测试方法

说明书

本发明属于材料性能测试技术领域，具体涉及热敏性金属材料疲劳性能测试方法。一种热敏性金属材料疲劳性能测试方法，包括：对试样进行拉伸性能测试；对试样进行疲劳性能测试，确定疲劳寿命和荷载频率之间的相关特性；根据疲劳寿命和荷载频率之间的相关性，开展疲劳测试，获得频率无关状态下，应力幅值和疲劳寿命之间的关系式。本发明的热敏性金属材料疲劳性能测试方法，与现有技术相比，具有的有益效果是：本发明充分考虑了频率对疲劳寿命测试的影响，为材料加速试验提供了理论参考；对一些高周甚至超高周的疲劳寿命预测提供了一套行之有效的方法。

技术领域

本发明属于材料性能测试技术领域，具体涉及热敏性金属材料疲劳性能测试方法。

背景技术

当一种新材料被开发出来，往往需要进行相关的力学性能测试。其中，疲劳性能是一种非常重要的性能参数。工程设计人员在材料选型过程中，往往需要先了解材料的性能参数，以满足工程的强度要求，使用寿命要求。因此，在大型结构件设计之前，往往需要对选用的材料进行疲劳强度测试。

当前的材料疲劳性能测试是通过实验室加速试验的方式获得。疲劳是一种长周期载荷失效行为，为了快速获得疲劳寿命相关数据，对于高周甚至超高周疲劳性能测试试验，往往通过提高载荷频率的加速模式，然而导致高频高热现象不可忽视。材料疲劳寿命试验过程中，通常将试验频率设为定值，仅考虑载荷的大小对疲劳寿命的影响，而没有考虑载荷频率对材料疲劳寿命的影响。同时，一些材料不仅在低周疲劳内塑性比较明显，在高周疲劳范围内仍然表现出较强的塑性变形行为。通常在低周疲劳加载试验模式下，应变速率通常较小(10^-3s^-1)，试样温度变化不明显。然而在较高的加载频率下进行机械测试时试样容易发热。采取试验手段获得的材料性能的可靠性是一个很严重的问题。尤其是对于频率比较敏感的金属材料，在材料测试过程中会产生大量的热。温度升高，会严重降低材料的疲劳性能，当前通过外表面降温的方式，无法获得材料在特定温度下的疲劳性能曲线。此外，通过提高频率进行试验加速来快速获得材料疲劳寿命曲线的方式缺乏有效的理论依据。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种热敏性金属材料疲劳性能的测试方法，针对不同应力不同频率下疲劳性能开展试验测试，进行规律拟合，解决疲劳寿命性能测试过程中频率的影响问题，减少疲劳寿命曲线的测试周期。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种热敏性金属材料疲劳性能测试方法，包括：

对试样进行拉伸性能测试；

对试样进行疲劳性能测试，确定疲劳寿命和荷载频率之间的相关特性，及

根据疲劳寿命和荷载频率之间的相关性开展疲劳性能测试，获得频率无关状态下，应力幅值和疲劳寿命之间的关系式。

作为本发明的一种优选方式，所述疲劳寿命和荷载频率之间相关特性的确定方法为：

分别测试同一应力幅值、不同荷载频率的疲劳寿命，及不同应力幅值、不同荷载频率的疲劳寿命，绘制疲劳频率相关特性曲线。

进一步优选地，根据疲劳频率相关特性曲线上疲劳寿命发生转变的频率下转折点和频率上转折点，经拟合获得频率与疲劳寿命相关特性表达式：

其中，Nf表示疲劳寿命，N1表示上疲劳水平值，N2表示下疲劳水平值，f0表示频率上转折点，p表示相关指数。

进一步优选地，根据疲劳频率相关特性曲线，获得频率与应力幅值的关系曲线：

进一步优选地，通过对频率上转折点对应的平台段开展疲劳试验，获得频率无关状态下，应力幅值和疲劳寿命之间的关系式：

σ_a＝a·N^b

其中，σ_a表示应力幅值，N为循环周次，a和b表示材料常数。