CSTM-汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗方法編制說明

PAGE12PAGE《汽車用薄鋼板第2部分：軸向力控制疲勞試驗方法》中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)編制說明（征求意見稿）《汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗方法》中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)制定小組2021年9月5日一、工作簡況1.任務(wù)來源根據(jù)中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會［2021］200號文件“關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗方法》的立項公告”所下達(dá)的中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)修訂計劃，《汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)列入中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)修訂計劃，計劃編號為CSTMLX990000791—2021。該標(biāo)準(zhǔn)由鞍鋼鋼鐵研究院牽頭，中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司、鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司、上海大學(xué)、奇瑞汽車股份有限公司、中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司等單位起草。計劃于2021年完成審定，本標(biāo)準(zhǔn)由中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會CSTM/FC99綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會歸口。標(biāo)準(zhǔn)起草過程2020年1月，調(diào)研國內(nèi)外汽車薄板應(yīng)力疲勞測定試驗相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)、技術(shù)資料。2020年3月-5月，與鋼鐵研究總院、上海大學(xué)、山鋼集團日照公司共計三家單位進(jìn)行了汽車薄板軸向應(yīng)力控制疲勞檢驗項目的實驗室間的比對活動。2020年6月-2021年4月針對厚度較薄、強度較低的汽車鋼拉-壓應(yīng)力疲勞試驗難度大，選擇厚度從0.7mm～1.4mm，強度級別從170MPa至630MPa，采用軸向疲勞試驗機開展標(biāo)準(zhǔn)化驗證試驗。2021年5月-2021年8月通過分析總結(jié)，撰寫《汽車薄板軸向應(yīng)力控制疲勞試驗方法》團體標(biāo)準(zhǔn)草案。2021年8月，中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會在北京組織召開了《汽車薄板軸向應(yīng)力控制疲勞試驗方法》線上團體標(biāo)準(zhǔn)立項審查會。會議成立了由7位專家組成的審查組，對立項申請表、標(biāo)準(zhǔn)立項草案及編制說明進(jìn)行審查，將該標(biāo)準(zhǔn)納入汽車用薄板系列試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，題目修改成《汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗方法》。2021年9月收到中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會下發(fā)的《關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《汽車用薄鋼板第2部分：軸向應(yīng)力控制疲勞試驗方法》的立項公告》（材試標(biāo)字[2021]200號）。2021年10月，由中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會秘書處將標(biāo)準(zhǔn)征詢意見稿及編制說明發(fā)送到兄弟企業(yè)、高校、科研機構(gòu)，收集X家修改意見X條。2022年3月召開標(biāo)準(zhǔn)審定會，會上專家代表提出修改建議X條，修改完善后形成標(biāo)準(zhǔn)報批稿。3.主要起草人及其所承擔(dān)的工作簡要說明蘇洪英（鞍鋼）：項目總負(fù)責(zé)，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)起草、制定驗證試驗計劃。劉仁東、林利、徐鑫（鞍鋼）：制訂夾具和防屈曲裝置榫卯結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。高怡斐（鋼研納克）、史文（上海大學(xué)）、劉培星（山東日照）：：實施疲勞比對試驗孟憲明、張賽、李明賀（中汽研）、王存宇（鋼研院）、王麗敏、王蓬（中關(guān)村）、沈克（武鋼）、李軍（奇瑞）、宋偉佳（一汽）、王彩梅（泛亞）、祝鐵柱（鋼研納克）、熊自柳（河鋼）：項目協(xié)調(diào)二、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則1、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況疲勞是指材料在交變載荷的作用下發(fā)生的性能變化，疲勞失效是一種常見的工程結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象。在日益嚴(yán)酷的市場競爭中，產(chǎn)品的壽命和可靠性成為人們越來越關(guān)注的焦點，每年因疲勞破壞大量產(chǎn)品在其有效壽命期內(nèi)報廢，造成的惡性事故也時有出現(xiàn)，許多企業(yè)將疲勞耐久性定為產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要性能指標(biāo)之一?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T26076-2010《金屬薄板（帶）軸向力控制疲勞試驗方法》僅適合拉向加載（0≤R＜1）的加載方式。目前國內(nèi)外還沒有壓向加載（即-1≤R＜0）的薄板應(yīng)力疲勞試驗方法和評價體系，主要原因是壓向載荷會引起試樣彎曲失穩(wěn)、打彎形成瞬間斷裂，從而測不到試樣的疲勞壽命和疲勞斷口，導(dǎo)致試驗失敗，試驗難度大，不易成功。但在實際應(yīng)用中，薄板也常會有壓應(yīng)力存在，尤其是近幾年很多汽車廠家要求提供R=-1的拉-壓薄板應(yīng)力疲勞檢驗數(shù)據(jù)。對金屬薄板壓向加載（即-1≤R＜0）疲勞試驗，現(xiàn)普遍是采用防屈曲裝置。但采用防屈曲裝置，因試樣與防屈曲裝置之間的摩擦力會引起力值上升，從而影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；其次在試驗時必須采取措施避免摩擦力對試驗結(jié)果的影響，同時要設(shè)置過低的試驗頻率，否則試樣會發(fā)熱而影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，而偏低的試驗頻率會導(dǎo)致試驗時間過長、試驗效率過低的問題。因此，迫切需要建立制訂適合不對稱壓縮、反向拉壓、不對稱拉伸循環(huán)應(yīng)力類型的統(tǒng)一規(guī)范的應(yīng)力疲勞試驗方法，為汽車鋼開發(fā)及優(yōu)化提供理論指導(dǎo)，為汽車廠及鋼企提供使用指導(dǎo)，解決汽車鋼開發(fā)及使用過程中的疲勞服役問題，實現(xiàn)節(jié)能減排，對于國家、社會、行業(yè)都有著積極的作用。2、制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則本標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時推出、及時修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。本標(biāo)準(zhǔn)修改采用GB/T26076：2010《金屬薄板（帶）軸向力控制疲勞試驗方法》。在起草過程中，主要按GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》要求編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的能力和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟、社會效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進(jìn)性和合理性。三、主要內(nèi)容說明1、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容1）前言本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則重新起草了前言。2）范圍與GB/T26076-2010相比增加-1≤R＜0的循環(huán)應(yīng)力類型。3）規(guī)范性引用文件與GB/T26076-2010相比增加了GB/T10610《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法評定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》、GB/T24176《金屬材料疲勞試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計方案與分析方法》、GB/T34104-2017《金屬材料試驗機加載同軸度的檢驗》的引用。術(shù)語與定義與GB/T26076-2010相同。5）試樣與GB/T26076-2010相比較有以下變化：—4.1.4增加了適用于-1≤R＜0試樣類型，厚度大于1mm的試樣不采用防屈曲夾具，厚度小于1mm的試樣采用防屈曲夾具，并規(guī)定了試樣尺寸?！?.2.4增加了建議縱向銑削或線切割后，再用縱向磨拋的方法進(jìn)行試驗段部分表面的最后精加工?！?.2.5規(guī)定了試樣表面的粗糙度，要求平均表面粗糙度小于或等于0.2μm。6）試驗條件與GB/T26076-2010相同。7）試驗程序與GB/T26077-2010相比較有以下變化：—6.1增加了試樣安裝的細(xì)節(jié)描述：使用防屈曲夾具時，防屈曲板與試驗機夾具之間的距離應(yīng)盡可能小，建議不超過2mm，以提高試樣剛度，避免造成試樣在夾具段屈曲。對于應(yīng)力比-1≤R＜0試不使用防屈曲夾具時，建議將試樣夾持段全部放入夾具，減小試樣有效試樣長度，提高試樣剛度，避免試樣屈曲?！?.2.1增加了一個注：使用防屈曲夾具時，試驗頻率不要超過10Hz，以免試樣發(fā)熱?！?.2.2.2刪除?！?.2.2.3刪除。8）結(jié)果表示—7.2增加了關(guān)于條件疲勞強度的闡述，給出了兩種條件疲勞強度數(shù)據(jù)處理方法?！?.3刪除。9）檢驗報告與GB/T26076-2010相同。主要技術(shù)差異本標(biāo)準(zhǔn)與原標(biāo)準(zhǔn)GB/T26076-2010相比，在以下方面的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了較大修改和補充：—修改了前言；—范圍中增加-1≤R＜0的循環(huán)應(yīng)力類型?！?guī)范性引用文件中增加GB/T10610《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法評定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》、GB/T24176《金屬材料疲勞試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計方案與分析方法》、GB/T34104-2017《金屬材料試驗機加載同軸度的檢驗》?！?章增加了適用于-1≤R＜0試樣類型，厚度大于1mm的試樣不采用防屈曲夾具，厚度小于1mm的試樣采用防屈曲夾具，并規(guī)定了試樣尺寸?！?章增加了試樣安裝的細(xì)節(jié)描述：使用防屈曲夾具時，防屈曲板與試驗機夾具之間的距離應(yīng)盡可能小，建議不超過2mm，提高試樣剛度，避免造成試樣在夾具段屈曲。不使用防屈曲夾具時，建議將試樣夾持段全部放入夾具，減小試樣有效試樣長度，提高試樣剛度，避免試樣屈曲。四、主要試驗（或驗證）情況本標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中主要進(jìn)行了四方面的工作：選用強度較低、厚度較薄的210P1鋼（厚度0.8mm）和強度較高、厚度較厚的DP780鋼（厚度1.4mm）進(jìn)行不采用防屈曲夾具的應(yīng)力疲勞試驗驗證，對試驗段寬度、平行長度和圓弧半徑進(jìn)行驗證；選用0.9mm和3.0mm鋁板進(jìn)行不采用防屈曲夾具的應(yīng)力疲勞試驗驗證，對試驗段寬度、平行長度和圓弧半徑進(jìn)行驗證；（3）選用厚度小于1mm的170P1（0.7mm）、DC06（0.9毫米）、CR420-480（0.8mm）和厚度大于1mm的CR420-480（1.2mm）、DP980（1.2mm）進(jìn)行不采用防屈夾具和采用防屈夾具的應(yīng)力疲勞驗證試驗；（4）與鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司、上海大學(xué)、山鋼集團日照公司共計三家單位進(jìn)行了汽車薄板軸向應(yīng)力控制疲勞檢驗項目的實驗室間的比對活動。具體如下：不采用防屈夾具的應(yīng)力疲勞驗證試驗1.1試驗原理為避免薄板在拉-壓疲勞試驗中產(chǎn)生屈曲，應(yīng)使設(shè)計的疲勞試樣剛度盡可能大。對于單軸應(yīng)力狀態(tài)試樣，其軸向剛度：（1）其中A為試樣的面積，E為試樣的彈性模量，Lc為試樣的平行長度。為使剛度k盡可能大，在試樣厚度a和彈性模量E不變的情況下，應(yīng)使寬度b/Lc盡可能大。試樣寬度是影響疲勞試驗結(jié)果的參數(shù)之一，寬度選擇的條件是保證試樣上的所有點為單軸應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)寬度b≥6a（厚度）時，在試樣的中心產(chǎn)生橫向力矩，并將出現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)。處于平面應(yīng)變狀態(tài)的試樣受三向拉應(yīng)力作用，材料會變脆，試樣極易斷裂。當(dāng)試樣寬度增加時，各危險點應(yīng)力狀態(tài)的性質(zhì)不同，將導(dǎo)致在相同材料中和相同條件下一些試樣的破壞從中心開始，而另一些試樣的破壞從邊緣開始。另外如果板比較寬，寬板的兩邊為自由邊，在寬度方向上沒有限制，處于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)。試驗時上下夾頭完全夾緊，夾持段材料的流動完全被夾頭限制。從寬板兩邊到寬板中心部位，材料在寬度方向上受到兩邊材料的限制逐漸加強，在正中心處寬度方向受到的限制最強，沿板寬方向產(chǎn)生拉應(yīng)力，這部分材料處于平面應(yīng)變的受力狀態(tài)。為保證試樣上的所有點為單軸應(yīng)力狀態(tài)，設(shè)計試驗段寬度b≤6a（厚度）進(jìn)行試驗驗證。為使寬度b/Lc盡可能大，設(shè)計試樣b≤Lc≤5b進(jìn)行試驗驗證，以免平行長度太長降低試樣剛度。1.2試驗方案常見疲勞試樣形狀分為漏斗形和等截面形試樣，見圖1。（a）等截面疲勞試樣（b）漏斗形試樣圖1疲勞試樣分別選取厚度較薄、強度較低的0.8mm厚210P1高強度無間隙原子鋼和厚度較厚、強度較高的1.4mm厚DP780雙相鋼，在圓弧半徑相同的情況下，設(shè)計不同試驗段寬度、不同平行長度的疲勞試樣，進(jìn)行不同應(yīng)力水平的R=-1的疲勞試驗，通過相同應(yīng)力水平下不同試樣尺寸的循環(huán)次數(shù)，確定合適的試驗段寬度和平行長度。疲勞試樣試驗段寬度和平行長度確定后，設(shè)計不同圓弧半徑的疲勞試樣，同樣進(jìn)行不同應(yīng)力水平的R=-1的疲勞試驗，通過相同應(yīng)力水平下不同圓弧半徑試樣的循環(huán)次數(shù)，確定合適的圓弧半徑。表1為210P1鋼和DP780鋼的力學(xué)性能。表1力學(xué)性能鋼級RP0.2/MPaRm/MPa210P1218412DP7804168111.2.1試驗段寬度和平行長度的確定方案在圓弧半徑r=7a的情況下，等截面試樣設(shè)計8組不同疲勞試樣尺寸，共計24種疲勞試樣尺寸，即：第1組：b=a，LC=b、2b、3b、4b、5b；第2組：b=2a，LC=b、2b、3b、4b、5b；第3組：b=3a，LC=b、2b、3b、4b、5b；第4組：b=4a，LC=b、2b、3b、4b、5b；第5組：b=5a，LC=b；第6組：b=6a，LC=b；第7組：b=8a，LC=b；第8組：b=10a，LC=b。通過相同應(yīng)力水平下不同尺寸試樣的循環(huán)次數(shù)，確定合適的疲勞試驗段寬度b和平行長度LC?？紤]到漏斗形試樣剛度小，正中心處寬度部分的材料處于平面應(yīng)變狀態(tài)，僅驗證一種試樣形狀和尺寸，b=10mm，r=60mm。1.2.2圓弧半徑的確定方案疲勞試樣試驗段寬度和平行長度確定后，考慮到圓弧半徑太小，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，設(shè)計r=3a、7a、10a、15a，通過相同應(yīng)力水平下不同圓弧半徑試樣的循環(huán)次數(shù)，確定合適的圓弧半徑。驗證試驗結(jié)果1.3.1試驗段寬度和平行長度的試驗驗證1.3.1.1厚度為0.8mm的高強度無間隙原子鋼210P1210P1鋼疲勞試驗結(jié)果見表2、圖2、圖3。表2不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣尺寸試驗結(jié)果寬度b×平行長度LC循環(huán)次數(shù)N/次應(yīng)力幅σa=180MPa應(yīng)力幅σa=190MPa應(yīng)力幅σa=200MPa應(yīng)力幅σa=210MPa應(yīng)力幅σa=220MPaa×b10010000100100001001000010010000707731741616807666317564164969199848297051565368190a×2b100100001001000010010000100100005800004905603746293175641649691998481140009670056256a×3b10010000100100003757894572592567513678202067821044257658967893627187856088500a×4b1001000010010000109647168556149523150872104658431669683559872284781578018900a×5b100100001001000080440311855681462168882135789528003467840768789235/2a×b10010000100100001001000010010000407731541616607666125900119702996834417028558325682a×2b100100001001000010010000100100009178432455402678986048884518789565390943569407002a×3b1001000010010000242271406781757054234436502368993116749347890547069389346002a×4b1001000010010000825113235460870881845631562384503935678335902323789613452a×5b10010000100100005081671564561062361477341968811092153087635672///3a×b100100001001000010010000100100004256893512365078899867587982563453450033568257893a×2b100100001001000010010000100100003256653056892078964235640789356663567823400289013a×3b10010000100100002422714067812456632058961526894534234234234682345018967205663a×4b1001000010010000325612285632523265845650896221001348918945235208/3a×5b1001000010010000202689202689502635542645689145781256010980///4a×b10010000100100001001000010010000154388985638563921457742963415625101006/4a×2b1001000010010000156563128436367876713245672123*856*/154340/4a×3b100100001001000070*1481*912*620*///////4a×4b1001000010010000304*528*200*312*///////4a×5b756*820*156*820*102*150*///////5a×b2910772660111026681798168665872356/1203*999*////6a×b408881173687749*607103212528569/168*99*////8a×b231*275351107*187*98*56*///////10a×b63*53*53*32*42*23*///////漏斗形12*13*17*//////////（a）200MPa（b）210MPa（C）220MPa圖2不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣尺寸循環(huán)次數(shù)平均值（a）圓弧形試樣（b）10×b等截面試樣(c)10×b等截面試樣圖3疲勞試樣斷后翹曲狀態(tài)圖表2中循環(huán)次數(shù)后加“*”是表示試樣斷后翹曲，翹曲試樣如圖3所示。由表2、圖2、圖3可知，當(dāng)應(yīng)力幅為180MPa時，8a×b、10a×b等截面試樣斷后翹曲，漏斗形試樣屈曲未起振，主要原因是試樣過寬，正中心處寬度部分的材料處于平面應(yīng)變狀態(tài)，因此試樣很快斷裂并翹曲。因此漏斗形試樣不適用于應(yīng)力比R為-1的疲勞試驗。4a×5b等截面試樣也出現(xiàn)斷后翹曲，一方面是試樣的平行長度過長，導(dǎo)致試樣剛度降低，另一方面試樣稍寬。5a×b和6a×b試樣未到規(guī)定次數(shù)斷裂，主要原因是試樣稍寬，但因為平行長度LC短，試樣剛度好，因此循環(huán)次數(shù)高于8a×b、10a×b。其余尺寸的疲勞試樣均未斷裂。應(yīng)力幅為190MPa時，a×b、a×2b、2a×b、2a×2b、3a×b、3a×2b、4a×b試樣均未斷裂，4a×3b、4a×4b、4a×5b、8a×b和10a×b試樣斷后翹曲，其余尺寸試樣均斷裂，且在試樣寬度相同的情況下，隨平行長度的增加循環(huán)次數(shù)減少，主要是由于試樣剛度降低。應(yīng)力幅為200MPa時，由于載荷增加，所有試樣均斷裂，4a×3b、4a×4b、4a×5b、8a×b和10a×b試樣斷后翹曲，且在試樣寬度相同的情況下，平行長度的增加循環(huán)次數(shù)減少。應(yīng)力幅為210MPa時，所有試樣均斷裂，由于4a×3b、4a×4b、4a×5b、8a×b和10a×b試樣在載荷較低時就斷后翹曲，210MPa級未做驗證試驗。4a×2b、5a×b、6a×b試樣斷后翹曲，主要原因是試樣過寬，處于平面應(yīng)變狀態(tài)。應(yīng)力幅為220MPa時，所有試樣均斷裂，5a×b、6a×b試樣在220MPa級未做驗證試驗。2a×4b、a×b、4a×2b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是試樣過寬和平行長度過長。1.3.1.2厚度為1.4mm的雙相鋼DP780依據(jù)210P1鋼的試驗結(jié)果，等截面試樣DP780鋼僅驗證如下9種試樣尺寸：第1組：b=a，LC=b、2b、3b；第2組：b=2a，LC=b、2b、3b；第3組：b=3a，LC=b、2b、3b；第4組：b=4a，LC=b、2b、3b。漏斗形試樣尺寸同210P1鋼。DP780鋼試驗結(jié)果見表3、圖4。表3不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣尺寸試驗結(jié)果寬度b×平行長度LC循環(huán)次數(shù)N/次應(yīng)力幅σa=270MPa應(yīng)力幅σa=290MPa應(yīng)力幅σa=350MPaa×b1001000010010000809568769899952678405825562368255a×2b1001000010010000705689609578908516495624456239562a×3b10010000100100005678955086784085234156229589356922a×b10010000100100006497661655674442753690839020426192a×2b100100001001000059235120532412277822816436140322252a×3b10010000100100004672533662314085231757131589257413a×b10010000100100003657894089783567893578540052367563a×2b10010000100100002898993567894568993509933445288993a×3b10010000100100003456992890753987663099924567289994a×b10010000100100002173622684121896532356323639284134a×2b1001000010010000515643192192208356809*728*/4a×3b1001000010010000727825904360583144*156*/漏斗形96*23*//////（a）290MPa（b）350MPa圖4不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣形狀的循環(huán)次數(shù)平均值由表3、圖4可知，應(yīng)力幅為270MPa時，等截面試樣均未斷裂，圓弧形試樣斷后翹曲，循環(huán)次數(shù)分別為96、23。應(yīng)力幅為290MPa時，a×b、a×2b、a×3b、2a×b、2a×2b、2a×3b、3a×b、3a×2b、3a×3b、4a×b、4a×2b等截面試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)；4a×3b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是試樣稍寬。依據(jù)施加應(yīng)力幅=270MPa的試驗結(jié)果，圓弧形試樣未做驗證試驗。應(yīng)力幅為350MPa時，a×b、a×2b、a×3b、2a×b、2a×2b、2a×3b、3a×b、3a×2b、3a×3b、4a×b等截面試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)；4a×2b、4a×3b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因也是試樣稍寬。1.3.2圓弧半徑的驗證210P1等截面疲勞試樣，設(shè)計b=1.6mm，LC=2.0mm；DP780等截面疲勞試樣，設(shè)計b=3.0mm，LC=4.0mm。圓弧半徑分別設(shè)計r=3a、7a、10a、15a，進(jìn)行相同應(yīng)力水平下的R=-1疲勞試驗進(jìn)行驗證。210P1鋼、DP780鋼試驗結(jié)果見表4。表4不同圓弧半徑試驗結(jié)果圓弧半徑r循環(huán)次數(shù)N/次210P1DP780應(yīng)力幅σa=210MPa應(yīng)力幅σa=220MPa應(yīng)力幅σa=290MPa應(yīng)力幅σa=350MPa3a143211108328770615000456508534565026764089363856784656735489408577a163953472149898539616442504885664976616556744427536908390204261910a1203368558310325454913378194303642825936758838546940666387563850315a567443115145000121869910108302085451785961762891025899888756（a）210MPa（b）220MPa（c）290MPa（d）350MPa圖5不同應(yīng)力幅、不同圓弧半徑的循環(huán)次數(shù)平均值由表4、圖5可知，對于210P1鋼和DP780鋼，都是當(dāng)r=15a時，循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是由于圓弧半徑大導(dǎo)致的試驗段加長，試樣剛度降低。其他圓弧半徑循環(huán)次數(shù)相差不大。2、鋁板試驗結(jié)果選取厚度0.9mm、3.0mm的鋁板，在圓弧半徑r=7a的情況下，設(shè)計不同試驗段寬度、不同平行長度的疲勞試樣，進(jìn)行不同應(yīng)力水平的R=-1的疲勞試驗，通過相同應(yīng)力水平下不同試樣尺寸的循環(huán)次數(shù)，確定合適的試驗段寬度和平行長度。表5為不同厚度鋁板的力學(xué)性能。表5力學(xué)性能厚度/mmRP0.2/MPaRm/MPa0.91492553.0230323疲勞試樣設(shè)計5組不同疲勞試樣尺寸，共計12種疲勞試樣尺寸，即：第1組：b=a，LC=b、3b、4b、5b；第2組：b=3a，LC=b、3b、4b；第3組：b=4a，LC=b、3b、4b；第4組：b=5a，LC=b；第5組：b=6a，LC=b。通過相同應(yīng)力水平下不同尺寸試樣的循環(huán)次數(shù)，確定合適的疲勞試驗段寬度b和平行長度LC。鋁板疲勞試驗結(jié)果見表6、圖6、圖7。表6試驗結(jié)果寬度b×平行長度LC循環(huán)次數(shù)N/次（0.9mm）循環(huán)次數(shù)N/次（3.0mm）應(yīng)力幅σa=150MPa應(yīng)力幅σa=170MPa應(yīng)力幅σa=180MPa應(yīng)力幅σa=200MPaa*b76306118768320442309848956469372583236912a*3b9610376124250452640445130434562636225786a*4b6341223408281422989144759459622579926077a*5b910006447319594143134491133176213273a*b88354945773888837097360412974622294144043a*3b53354422052120026473403923501125574162333a*4b189/109/398362665512395171973a*5b////19184156781623371474a*b731357008924772/////4a*3b4621937757314/////4a*4b4695///////5a*b49176783162432531432////6a*b51695332371953015214////（a）150MPa（b）170MPa圖60.9mm厚鋁板不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣形狀的循環(huán)次數(shù)平均值（a）180MPa（b）200MPa圖73.0mm厚不同應(yīng)力幅、不同疲勞試樣形狀的循環(huán)次數(shù)平均值由表6、圖6、圖7可知，對于厚度0.9mm厚的鋁板，應(yīng)力幅為150MPa時，a×b、a×3b、a×4b、3a×b、4a×b疲勞試樣循環(huán)次數(shù)較高，a×5b、3a×3b、4a×3b、5a×b、6a×b循環(huán)次數(shù)稍低；3a×4b、4a×4b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是試樣稍寬。應(yīng)力幅為170MPa時，a×b、a×3b、a×4b、3a×b、3a×3b、4a×3b、等截面試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)；a×5b、4a×b、5a×b、6a×b循環(huán)次數(shù)稍低；3a×4b、4a×3b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因也是試樣稍寬。因4a×3b循環(huán)次數(shù)較低，4a×4b未做驗證驗證試驗。對于厚度3.0mm厚的鋁板，應(yīng)力幅為180MPa時，a×b、a×3b、a×4b、a×5b、3a×b、3a×3b、3a×4b、3a×5b疲勞試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)；應(yīng)力幅為200MPa時，a×b、a×3b、a×4b、a×5b、3a×b、3a×3b等截面試樣循環(huán)次數(shù)大致相當(dāng)，3a×4b、3a×5b循環(huán)次數(shù)顯著降低，主要原因是平行長度過長，試樣剛度下降。2.4結(jié)論為避免汽車薄板在拉壓疲勞試驗中出現(xiàn)的屈曲問題，應(yīng)使設(shè)計的疲勞試樣剛度盡可能大。在試樣厚度a和彈性模量E不變的情況下，b/Lc比值大可提高試樣剛度。但同時要保證薄板試樣處于單軸應(yīng)力狀態(tài)，b≥6a時在試樣的中心產(chǎn)生橫向力矩，將出現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)。綜上，推薦等截面疲勞試樣，推薦疲勞試樣尺寸為：試驗段寬度b=（1～3）a，試樣平行長度Lc=（1～3）b，圓弧半徑r=（3～10）a。3、不采用防屈夾具和采用防屈夾具的應(yīng)力疲勞驗證試驗3.1驗證方案共進(jìn)行5組驗證試驗，詳見如下：厚度小于1mm：強度較低的0.7mm的170P1和0.9毫米的DC06；強度稍高的0.8mm的CR420-480。厚度大于1mm：1.2mm的CR420-480和1.2mm的DP980。各鋼種力學(xué)性能見表7。表7力學(xué)性能鋼級RP0.2/MPaRm/MPa厚度/mm170P11703560.7DC061142970.9CR210LA2593550.8CR420-4804305431.2DP98063110101.23.2驗證結(jié)果厚度小于1mm的170P1、DC06、CR420-480試驗結(jié)果見表8～表10。表8厚度0.7mm的170P1鋼試驗結(jié)果應(yīng)力幅

σa/MPa循環(huán)次數(shù)N/次b=15LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）b=1.6LC=1.6f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）123均值123均值123均值18038480029876545823338059919707840945329489930047710000001000000/100000019010877517712730304519631613112266404598008577510000001000000/1000000200175127236733123567178476900716556170588754073251509876561324567879124210589641060452123162080228602564227393252988533562491732752084592462204691146236342924248024277160282304021115146513143632152624147590表9厚度0.9mm的DC06鋼試驗結(jié)果應(yīng)力幅

σa/MPa循環(huán)次數(shù)N/次b=1.2LC=2.5f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）123均值123均值1603401561916484013612310886946028924523521262917032868220023056421401911291044769678278447180190972698420320166453582669045536354378819012000700011000754838994209733245624993表10厚度0.8mm的CR210LA鋼試驗結(jié)果應(yīng)力幅

σa/MPa循環(huán)次數(shù)N/次b=1.5LC=2.5f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）123均值123均值210286312791531489293457883976374954968357022019840153711405016420587705075746057518612301526318166168171674935403369954425038883240126009363115681117720652188742532721618由表8、表9、表10可知，對于厚度0.7mm的170P1鋼、厚度0.9mm的DC06鋼、厚度0.8mm的CR210LA鋼，所有應(yīng)力水平下，采用防屈曲夾具試樣的循環(huán)次數(shù)均大于不采用防屈曲夾具的循環(huán)次數(shù)，且寬度8mm試樣的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度15mm的循環(huán)次數(shù)。厚度大于1mm的CR420-480和DP980試驗結(jié)果見表11、12。表11厚度1.2mm的CR420-480鋼試驗結(jié)果應(yīng)力幅

σa/MPa循環(huán)次數(shù)N/次b=2.0LC=2.5f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）123均值123均值340116896812128056892892275575897548873451353603326828963268962970914564175141488815655380947510125922296079601965689789412表12厚度1.2mm的DP980鋼試驗結(jié)果應(yīng)力幅

σa/MPa循環(huán)次數(shù)N/次b=15LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）b=2LC=4f=15Hzb=8LC=6f=5Hz（防屈曲夾具）123均值123均值123均值35087976988891085629847685340142342010000007589405276384567866873425572553708643971635607897295433617021658046592433955818854330571155599435008339041354459084467843980864801158179839310023091467903599673492853410386182713540705354865413452371625015633543581443415094646289從表11、表12可知，對于厚度1.2mm的CR420-480鋼和厚度1.2mm的DP980鋼，所有應(yīng)力水平下，不采用防屈曲夾具試樣的循環(huán)次數(shù)均大于采用防屈曲夾具的循環(huán)次數(shù)，且寬度8mm試樣的循環(huán)次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度15mm的循環(huán)次數(shù)。3.3結(jié)論由以上分析可知，對于厚度小于1mm的汽車鋼，無論是高強度還是低強度，均需采用防屈曲裝置。因為不采用防屈曲裝置，雖然試樣斷裂時正常斷裂，但是試驗過程中位移曲線抖動，說明試樣還是有屈曲現(xiàn)象，影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，但采用防屈曲裝置，試驗頻率不宜太大，以免因摩擦力導(dǎo)致試樣發(fā)熱影響試驗結(jié)果。對于厚度大于1mm的汽車鋼板，試驗過程中位移曲線平穩(wěn)，無抖動現(xiàn)象，建議不采用防屈曲裝置。采用防屈曲裝置，不可避免會受到摩擦力的影響，且試驗頻率低，試驗周期長。4、比對試驗結(jié)果與鋼鐵研究總院、上海大學(xué)、山鋼集團日照公司共計三家單位進(jìn)行了汽車薄板軸向應(yīng)力控制疲勞檢驗項目的實驗室間的比對活動。選用厚度0.8mm的CR210LA鋼和厚度1.2mm的DP780鋼進(jìn)行比對，每鋼種10件，試驗溫度為