一种疲劳强度测试方法

本发明属于材料、零件测试，具体涉及一种疲劳强度测试方法。

背景技术：

1、疲劳是机械零部件的一种主要失效模式，疲劳性能评价是材料和零部件安全可靠服役的重要指标。

2、目前，有关疲劳强度的测试一般是基于升降法。升降法的试验过程为：随机选取第一个试样，以估计的平均疲劳强度作为第一级应力水平进行试验，如果试样在给定的循环周次内发生失效，同样随机选取第二个试样，降低应力水平一个应力台阶，进行试验；如果第一个试样在给定的循环周次下没有发生失效，对选取的第二个试样增加应力水平一个应力台阶，进行试验。依次类推，如果先前的试样在给定的循环周次内失效，降低应力水平一个应力台阶，如果先前的试样未发生失效，增加应力水平一个应力台阶，直到需要测试的所有试样都按照此方式进行了试验。试验过程中应力台阶的选取应接近被测材料疲劳强度的标准差，如无法得到标准差，以估计平均疲劳强度的5％作为应力台阶。

3、该方法中后一个试样的测试应力需要依据前一个试样的测试结果来确定，往往需要花费很长的测试时间，特别是对于超长寿命疲劳强度评价，比如100hz下测试109周次需要116天，如果有效测试试样16件，其中不少于6件做到109周次，则至少需要696天(约1.9年)。所以，使用升降法进行疲劳强度测试具有测试周期长的问题，尤其不适用于超长寿命下服役材料和零部件的疲劳性能测试需要。

技术实现思路

1、本发明提供了一种疲劳强度测试方法，该方法中每个应力级下试样的测试与顺序无关，能够提高测试效率，而且可以同时对多个试样进行测试，进一步提高测试效率，使得本发明尤其适用于超长寿命下服役材料和零部件的疲劳强度测试。

2、本发明提供的一种疲劳强度测试方法，包括如下步骤：

3、(1)在初始为预估疲劳强度的多个应力级下分别对单个试样进行疲劳实验，直至连续三级应力下的被测试样出现如下情况：相邻三级应力中，最高应力级下试样在给定的循环周次内发生破坏，其他两级应力级下试样在给定的循环周次内未发生破坏，则最高应力级标记为s1，相邻的两级应力级标记为s2和s3；

4、(2)选取s3应力级进行疲劳实验，若该应力级下测试的np个试样均未发生破坏，则停止实验；否则继续下一级应力，直至该应力级下测试的np个试样均未发生破坏。

5、进一步地，同一应力级下能够同时进行多个试样的疲劳实验。

6、进一步地，不同应力级下能够同时进行试样的疲劳实验。

7、进一步地，若步骤(1)中不同应力级下同时进行单个试样的疲劳实验；

8、测试后，如果出现某应力级下试样发生破坏但超过两级相邻的低应力级下试样均未发生破坏，则采用前三级应力级下的数据，发生破坏的应力级标记为s1，相邻的两级低应力级从高到低分别标记为s2和s3。

9、进一步地，疲劳实验后，对实验数据进行样本参数估计和存活率计算，然后通过公式(14)，得到任一存活率1-p0下的疲劳强度s1-p0，公式(14)为：

10、

11、式中，s1为第一级应力级，d为应力台阶，α、k和r为无量纲参数，μ和σ分别为疲劳强度的均值和标准差。

12、进一步地，疲劳实验后，对实验数据进行样本参数估计和单侧误差限分析，然后通过公式(18)，获得给定置信度1-β、失效概率p和自由度v下的疲劳强度下极限s(p,1-β,v)，公式(18)为：

13、

14、式中，s1为第一级应力级，和分别为疲劳强度均值和标准差的估计值，α、和为无量纲参数，d为应力台阶，参数其中zp为上分位点，为自由度v-1、非中心参数为的非中心t分布的分布函数。

15、进一步地，被测试样完成疲劳实验后，根据被测试样的测试数据和假定的疲劳强度服从正态分布规律，结合似然函数，进行样本参数估计，得到均值和标准差的估计值。

16、进一步地，疲劳实验中，相邻两级应力级之间的应力台阶d相同。

17、本发明和现有技术相比具有如下有益效果：

18、1.本发明基于概率统计理论，建立了一种与测试顺序无关的疲劳强度测试方法，即连续不断法。本发明中首先在预估疲劳强度及附近多个应力级下分别对单个试样进行疲劳实验，每个应力级下试样的测试与顺序无关，能够提高测试效率，而且可以同时对多个试样进行测试，进一步提高测试效率，使得本方法尤其适用于超长寿命下服役材料和零部件的疲劳强度测试。

19、2.按照本发明提供的方法，若某应力级下测试的np(根据提供的试样数、可靠性等需求来定)个试样在给定的循环周次(即疲劳寿命)内均未发生破坏，则停止实验。然后通过统计分析，获得该疲劳寿命下材料或零部件在给定置信度和失效概率下的疲劳强度或疲劳强度下极限。该方法可以同时测试多个试样，进而大大提高测试效率。同时，本发明对于测试结果为三级应力情形，同样可以对疲劳强度进行评价，不存在利用测试结果无法对疲劳强度进行评价的情形。

技术特征：

1.一种疲劳强度测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种疲劳强度测试方法，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的一种疲劳强度测试方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种疲劳强度测试方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种疲劳强度测试方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种疲劳强度测试方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的一种疲劳强度测试方法，其特征在于，

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种疲劳强度测试方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种疲劳强度测试方法，包括如下步骤：首先在初始为预估疲劳强度的多个应力级下分别对单个试样进行疲劳实验，直至连续三级应力下被测试样出现如下情况：相邻三级应力中，最高应力级下试样在给定的循环周次内发生破坏，其他两级应力级下试样在给定的循环周次内未发生破坏，则最高应力级标记为S<subgt;1</subgt;，相邻两级应力级标记为S<subgt;2</subgt;和S<subgt;3</subgt;；然后选取S<subgt;3</subgt;应力级进行疲劳实验，若该应力级下测试的n<subgt;p</subgt;个试样均未发生破坏，则停止实验；否则继续下一级应力，直至该应力级下测试的n<subgt;p</subgt;个试样均未发生破坏。本发明提供的疲劳强度测试方法，每个应力级下试样的测试与顺序无关，还可以同时对多个试样进行测试，进而提高测试效率。

技术研发人员：孙成奇,仵涵,魏宇杰,武晓雷
受保护的技术使用者：中国科学院力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14