[发明专利]一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于材料疲劳寿命试验技术，涉及一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法。

背景技术

材料在轴向加载、旋转弯曲加载和扭转加载等交变载荷作用下会表现出疲劳现象。应力-寿命（Ｓ-Ｎ）方程是表征材料在应力控制加载条件下的疲劳强度的常用手段。通常通过以下的步骤获得Ｓ-Ｎ方程：在不同的应力水平下通过在疲劳试验机上对材料试样进行疲劳试验，得到试样的应力水平数据和疲劳寿命数据的疲劳数据对；然后，采用下述方法对获得的疲劳寿命-应力数据对进行处理，以获得Ｓ-Ｎ曲线及方程。参见图1，它给出一个常规疲劳数据对处理方法的实例。图中，横轴代表材料的疲劳断裂寿命，纵轴代表施加的应力，图中施加的应力水平范围为360Mpa～550MPa。在每一级应力水平下，在一定的寿命范围内分布有多个与疲劳数据对对应的数据点。其中，黑点表示试验直到断裂的试验点，称为断裂点。空心方框点表示溢出点，数字“2”指代的溢出点表示在380MPa的条件下2根试样至10⁷循环周次未断并采取停机处理，数字“5”指代的溢出点表示在5根试样至10⁷循环周次未断并采取停机处理。对于溢出点的处理一般采取两种方法。在一种方法中，考虑到溢出点不是试样的实际断裂寿命，因此直接将其舍去，这会造成数据的浪费，因为溢出点往往代表测试成本最高的数据点；同时，这种有意的选择性的舍弃造成了出现溢出点的应力水平的寿命大大低于实际的寿命值。在第二种方法中，将溢出点视为在10⁷循环周次断裂的断裂点，与其他断裂点一起处理。但是，由于溢出点的实际断裂寿命可能分布于从10⁷到无穷大的广泛的范围内，因此这种处理方法造成疲劳极限值偏低。图1中的曲线A即按照第二种方法得出的处理结果。从图1中可以看出，第二种处理方法得到的与最低一级应力水平对应的疲劳寿命一般低于10⁷循环周次，这明显低估了材料的疲劳寿命。当这样处理的数据被应用于诸如航空发动机等结构设计中，会造成效率的低下。

发明内容

本发明的目的是：提出一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法，以避免浪费数据和低估材料的疲劳寿命。

本发明的技术解决方案是：一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法，对某种材料的试样按照《金属旋转弯曲疲劳试验方法（GB/T4334-87）》、《金属高温旋转弯曲疲劳试验方法（GB/T 2107-1980）》和《金属轴向疲劳试验方法（GB/T 3075-1982）》规定的方法进行材料高周疲劳性能测试，获得试样的应力水平数据和疲劳寿命数据的疲劳数据对，疲劳寿命数据包括：①低于预定疲劳寿命的断裂点数据；②大于等于预定疲劳寿命的溢出点数据；其特征在于，处理的步骤如下：

1、求材料的疲劳极限：

1.1、疲劳极限数据配对：找出所有的溢出点数据，针对每个溢出点数据，寻找应力水平比该溢出点数据高一级的断裂点数据，若有，则将该溢出点数据与该断裂点数据配对作为一个疲劳极限数据对；若没有，则舍弃该溢出点数据；至少应保证有3个疲劳极限数据对；

1.2、求疲劳极限值：求出所有疲劳极限数据对的应力水平的平均值作为疲劳极限值；

2、疲劳寿命数据预处理：对于不包括溢出点数据的疲劳数据对中的疲劳寿命数据做如下处理：对于同一应力条件下的n_i个疲劳寿命数据先做以10为底的对数化处理，然后做平均化处理，得到预处理后的疲劳寿命数据，n_i为同一应力条件下的试样个数，n_i不小于3，i表示应力条件的序号，不同序号的应力条件下施加的应力值不同；

3、求疲劳寿命曲线中的截距B₁和斜率B₂：将预处理后的疲劳极限值作为B₃代入公式：

logN＝B₁+B₂log(S-B₃)，…………………………………………[1]

式中，S为应力水平数据，N为疲劳寿命数据，将所有预处理后的疲劳寿命数据代入公式[1]，进行线性拟合处理，获得疲劳寿命曲线中的截距B₁和斜率B₂，每个预处理后的疲劳寿命数据代入公式[1]的次数为n_i。

本发明的优点是：提出了一种更加合理的材料疲劳寿命试验数据的处理方法，避免了浪费高成本获得的数据和低估材料的疲劳寿命。

附图说明