[发明专利]一种测试金属材料疲劳极限的方法以及装置

说明书

本公开涉及一种测试金属材料疲劳极限的方法以及装置，该方法包括：在确定金属材料试样与疲劳试验机发生共振时，获取所述疲劳试验机在预设周期内按照预设频率加载的应力的第一应力幅值；获取在到达所述预设周期的预设时长时所述金属材料试样表面的第一温升值；根据所述第一应力幅值和所述第一温升值循环执行参数获取步骤，直至所述金属材料试样发生疲劳失效，得到应力幅值集和温升值集；根据所述应力幅值集和所述温升值集确定所述金属材料的疲劳极限，只需一个金属材料试样即可得到该金属材料的疲劳极限，节约了成本。

技术领域

本公开涉及金属材料疲劳特性测试技术领域，具体地，涉及一种测试金属材料疲劳极限的方法以及装置。

背景技术

工程实际中如汽车、高速列车、轮船以及航空等领域中的大多数金属材料的结构都承受着循环交变载荷，虽然这些结构的设计满足静强度的要求，但是在服役一定的时间以后，依然会发生失效破坏。这种失效破坏也被称之为疲劳破坏，其原因在于这些材料或结构的实际受载的局部应力要高于其疲劳极限，这就会造成在一定的循环载荷加载周次下，材料或结构就会发生疲劳断裂失效。因此，对材料或结构的疲劳极限的准确评估在工程设计中具有重要的意义，尤其在无限寿命设计准则当中，其要求材料或结构的受载应力要低于其疲劳极限，此时该材料或结构将永远(载荷循环周次＞10⁷)不会发生疲劳失效。

对材料或结构疲劳极限的测定，传统做法是采用升降法对材料或结构进行疲劳极限进行测定。在该方法中，至少要对13根试样进行疲劳试验，来确定疲劳极限，而疲劳试验是非常耗时的。由于加载频率大小的限制，单单一根循环10⁷周次的疲劳试验就需要277.8天(加载频率10Hz)。因此采用升降法的疲劳试验测定材料或结构的疲劳极限不仅耗时，且成本较高。

发明内容

本公开的目的是提供一种金属材料疲劳极限测试方法以及装置，以解决采用升降法的疲劳试验测定材料或结构的疲劳极限不仅耗时，且成本较高的问题。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种测试金属材料疲劳极限的方法，包括：

在确定金属材料试样与疲劳试验机发生共振时，获取所述疲劳试验机在预设周期内按照预设频率加载的应力的第一应力幅值；其中，所述预设频率在1万赫兹至10万赫兹之间，所述预设周期的时长在0.5秒至2秒之间；

获取在到达所述预设周期的预设时长时所述金属材料试样表面的第一温升值，所述预设时长在0.05秒至0.2秒之间；

根据所述第一应力幅值和所述第一温升值循环执行参数获取步骤，直至所述金属材料试样发生疲劳失效，得到应力幅值集和温升值集；

根据所述应力幅值集和所述温升值集确定所述金属材料的疲劳极限。

可选地，所述参数获取步骤包括：

将所述第一应力幅值增加预设幅值增量，得到第二应力幅值，并将所述第二应力幅值添加至所述应力幅值集，并控制所述疲劳试验机在所述预设周期内按照所述预设频率增加加载的应力，以使得加载的应力的应力幅值为所述第二应力幅值；

基于所述疲劳试验机按照所述第二应力幅值加载的应力，获取在到达所述预设周期的所述预设时长时所述金属材料试样表面的第二温升值，并将所述第二温升值添加至所述温升值集；

若所述金属材料试样未发生疲劳失效，在所述金属材料表面温度下降到所述预设温度后，将所述第二应力幅值更新为新的所述第一应力幅值。

可选地，所述根据所述第一应力幅值和所述第一温升值循环执行参数获取步骤前，所述方法还包括：

在所述预设周期时长后，控制所述疲劳试验机停止加载应力；

控制所述疲劳试验机停止加载应力后，采集金属材料试样的表面温度；