[发明专利]一种超高周疲劳性能测定方法及测定系统

说明书

本发明属于力学性能测试方法领域，尤其是一种预估条件疲劳极限强度和超高周疲劳性能测定系统。上述预估条件疲劳极限强度的测定方法，包括如下步骤，以经验拉伸极限强度σ_b的40％～60％的作为试验载荷进行第一次疲劳试验；采用步进法升载荷继续后续疲劳试验，所述第一试样在指定寿命下至少完成两级载荷；计算预估条件疲劳极限强度。以预估条件疲劳极限强度逐级递增值或逐级递减值为加载载荷，另选取试样开始新的疲劳试验；重复所述新的疲劳试验步骤至满足配成对子的数量和闭合条件，计算指定寿命下的条件疲劳极限强度。本方法试验周期短、可靠度高、试验用料少，可以准确地获得高可靠度的材料超高疲劳性能。

技术领域

本发明属于力学性能测试方法领域，尤其是一种超高周疲劳性能测定方法及测定系统。

背景技术

疲劳破坏是现代工程材料常见的破坏形式。针对工程材料测定其疲劳性能，对于工程结构件的设计和寿命预测具有非常重要的意义。通常，高周疲劳性能测试的最大循环数为10⁷周次，疲劳设计中也常将10⁷疲劳寿命作为设计寿命。但随着现代工业的发展，在航空发动机、高铁、燃气轮机等国家重大技术领域对长寿命和高可靠性的更高的追求下，要求许多关键结构部件的疲劳寿命达到10⁸甚至10¹⁰次。尤其是在航空发动机领域中，美国在2002年发布的航空发动机结构完整性大纲(MIL-HDBK-1783B)中要求发动机全部部件的高周疲劳寿命应达到10⁹循环周次，而我国GJB/Z101-97《航空发动机结构完整性指南》中也提出有色金属合金零件3×10⁷次循环寿命要求。因此，高效的获取安全、可靠的超高周疲劳性能数据对我国重大机械装备的发展有着至关重要的作用。

目前，在高周疲劳测试领域，工程上通常采用升降法测定材料的10⁷条件疲劳强度，该方法通常获取5～7对数据，精度和可靠性较高，一般可在2～3周完成试验。20世纪90年代，考虑到在航空领域，尤其是核心部件，材料稀缺、造价高、下料困难，导致试验用材料较少，美国高周疲劳循环计划中提到了一种名为“步进法”的测试方法，通常只需要4～6件试样。但这种方法测试时间比升降法略高或基本相当，但结果分散性较大，可靠性不高，无法满足工程设计的安全性要求，多用于研究性目的。

在超高周疲劳测试领域，考虑到超高的时间成本和经济成本，超高周疲劳研究领域通常采用单点法或成组法，测试3～5件试样，但结果分散性大，可靠性不高。若沿用升降法的方法进行超高周疲劳性能测试(对应寿命3×10⁷～10¹⁰)，获得10⁹条件疲劳强度需要至少200周(约3.8年)，再加上在更长寿命区间内分散性更大导致疲劳强度范围确定困难，可能需要更多的试样和机时，整体试验时间和经济成本都居高不下，无法实施。因此传统10⁷循环寿命的试验方法并不适用于超高周疲劳性能测定。工程上尚未建立可靠、统一超高周疲劳测试方法。

发明内容

本发明旨在解决常规方法试验用料多、试验周期长且可靠度低等问题，提供一种基于步进法和升降法相结合的对材料的预估条件疲劳极限强度和超高周疲劳性能测定的综合方法。上述测试方法试验周期短、可靠度高、试验用料少，可以准确地获得高可靠度的材料超高疲劳性能数据，并且能够解决更长寿命区间内分散性更大，导致疲劳强度范围确定困难的问题。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一种超高周疲劳性能测定方法，包括：

步骤1：获取第一试样的经验拉伸极限强度σb，以σb的40％～60％的作为试验载荷进行第一次疲劳试验，采用步进法升载荷继续后续疲劳试验，每次试验的载荷增加的级差为5％～10％，直至第一试样破坏，计算预估条件疲劳极限强度；

步骤2：所述预估条件疲劳极限强度取整后获得初始数值，以初始数值逐级递增值或逐级递减值为加载载荷；