山東大學材料力學實驗指導之實驗9 疲勞實驗

1、實驗9 疲勞實驗在機器中有很多元件如軸、齒輪、彈簧等都是在循環(huán)載荷下工作的，在重負載荷下零件在低應力下發(fā)生脆性現(xiàn)象叫金屬疲勞。疲勞斷裂與靜荷斷裂不同，很多構件在多次反復應力作用下，會在遠低于材料的強度極限時就發(fā)生突然的脆性破壞，斷前沒有明顯的宏觀塑性變形，很難事先觀察和預防，具有很大的危險性，因此研究材料的疲勞破壞規(guī)律，防止構件的疲勞失效就尤為重要。疲勞實驗就是測定材料對重復載荷的抗力，作為在交變應力下合理選擇材料和設計零件的強度依據(jù)。一、實驗目的）了解疲勞實驗的使用方法）測定材料在彎曲時疲勞極限的方法。二、實驗設備和儀器彎曲疲勞試驗機三、基本原理）疲勞極限是材料在交變應力作用下，能無限次承受

2、應力變化而不破壞的最大應力值。但因實際實驗不可能使試件進行無限次循環(huán)作用，常規(guī)定循環(huán)數(shù)作為實驗基數(shù)，對黑色金屬，所以實際上求得的疲勞極限是指受次循環(huán)的重復，而試件不發(fā)生疲勞破壞的最大應力值，常稱為名義持久極限。）疲勞實驗有拉壓、扭轉、彎曲的，有對稱循環(huán)的或不對稱循環(huán)的。由實驗知對稱循環(huán)是最危險的循環(huán)，測得的疲勞極限最低。本次實驗是最基本的應用最廣的“在對稱循環(huán)下轉梁式彎曲疲勞實驗”，測得的疲勞極限，而其它荷重下的疲勞極限用經(jīng)驗公式推求。）轉梁式彎曲疲勞實驗常用的有簡梁式和肱梁式，如圖所示。簡梁式的試件受純彎曲作用，上部受壓，下部受拉，因載荷靜止不動，當試件旋轉半周進，應力就改變，故試件旋轉一周

3、進，試件內(nèi)各點應力就獎反復地做一次循環(huán)變化。最大應力幅發(fā)生在試件最小直徑處。肱梁式的試件除受彎曲作用外，尚有剪力作用，但通常此剪力可忽略不計。圖9-1圖9-2）測定疲勞極限通常是根據(jù)在610根相同試件所做一系列而得，在每一根試件下施加的載荷值不同，開始先在第一根試件上施加最大荷重約等于的最大應力，試件斷裂后，由疲勞機的循環(huán)次數(shù)表可以得知此試件破壞時的循環(huán)次數(shù)在以后各根試件所承受的應力逐根減少下重復進行同樣實驗，測得不同的破壞循環(huán)次數(shù)、。隨著荷重的降低，試件發(fā)生破壞時的循環(huán)次數(shù)將隨著增加，由此可在以應力為縱坐標，循環(huán)次數(shù)為橫坐標的平面上做出一條曲線如圖11-3所示。當某一根試件的循環(huán)次數(shù)超過基數(shù)

4、后尚未破壞，則相應的應力即接近疲勞極限，如與相近的破壞應力的差值不大于則此應力即認為是所求的。）由于材料的疲勞抗力與材料試件形狀、尺寸要求、加工精度、實驗的工作條件、加載荷變形的形式等很多因素有關，進行實驗需要用較多試件和時間，因此完成一個實驗最少也得用一周時間。因此本次實驗只作示范表演，使同學們了解疲勞極限的測量方法。圖9-3）疲勞實驗對試件的要求比較嚴格，同一組試件必須同一規(guī)格，而且是同一爐冶煉的，試件表面要求精密加工，經(jīng)過磨光和拋光，表面無刀痕損傷，試件要嚴格保證同心度，以消除應力集中的影響，四、實驗方法與步驟）用千分尺測量直徑三次，以最小直徑來計算面積，）了解疲勞試驗機的構造原理和操作方法，掌握疲勞機制操作規(guī)程。安裝試件，先不加載荷，將機器進行試轉，檢查運轉是否正常，有無振動噪音，連接是否緊密牢固。）高速計數(shù)器至零或記下初讀數(shù)，加上