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旋转梁测试专用扭转系统

工作原理

旋转梁疲劳试验机是用于确定材料疲劳行为的最古老的方法之一。为了使用ADMET的旋转梁测试仪进行测试,将样品放置在机器中,并通过二级驱动器的弯矩施加力。力引起表面应力,试样的一边是拉伸的,另一边是压缩的。当测试开始时,样品将以所需的速率旋转,这种旋转将导致表面互换,以便每个表面都经历交替的拉伸和压应力。样品被留在机器中直到失效,此时ADMET的eP2控制器将显示样品失效所需的周期数。在不同应力下对相同的样品进行一系列测试将允许用户创建S-N曲线。

特性

  • 采用四点梁加载条件,在试件的规范截面上提供一致的弯曲应力
  • eP2控制器,用于系统控制和循环计数
  • 样品断裂检测
  • 带有联锁开关的安全防护罩
  • 多种夹头尺寸可根据标本几何形状

关键术语

疲劳:疲劳失效是由于循环应力低于材料的弹性极限或极限拉伸强度而导致的材料或部件的时间依赖性失效。疲劳通常与拉伸应力有关,但在某些特殊情况下,它可能发生在压缩中。
频率:频率是测量样品所经历的拉伸和压缩循环次数的指标。这通常用赫兹(Hz)来衡量,这是样本每秒经过的周期数。对于金属,一般认为在200hz以下,疲劳行为与频率无关。
强度衰减:S-N曲线,也称为Wöhler曲线,是显示材料的疲劳行为和耐久性极限(如果它们是不同的)的图形。当施加在试样上的应力减小时,失效的循环次数将增加。该图显示了应力幅值(S),疲劳循环期间最大和最小应力之间的差除以2,以及循环次数(N)。循环次数通常使用对数刻度。根据材料的不同,图可能会接近一个极限,即所谓的耐力极限(SL)。

钢、纤维增强塑料和铝的S-N图

钢、纤维增强塑料和铝的S-N图

续航极限(SL):材料的耐久极限是可以无限施加在材料上而不失效的最大应力。根据材料的不同,它们可能会或可能不会表现出这种行为。黑色合金和钛合金通常与聚合物一样具有耐久极限。像铝和铜这样的材料在很低的应力下不会也可能失效。在低于耐力极限的情况下,可以无限期地骑行而不会失败。
故障周期:失败周期是样本失败前的周期数。应力越大,失效的循环次数就越少。如果应力低于材料的耐久极限,理论上失效周期是不确定的。
弯矩:弯矩是使试样弯曲的力。弯矩是施加的力的函数,从支撑试样的地方到弯矩起作用的地方的距离,以及试样的几何形状。

ADMET -旋转梁疲劳系统演示

旋转梁疲劳测试系统最初是由一位名叫August Wöhler的德国铁路工程师在19世纪中期开发的。他设计了这台机器来测试铁路车轴和调查车轴刹车故障。那台机器所依据的原理今天仍然适用。

维勒疲劳试验机

维勒疲劳试验机

机器中心的主轴由两个轴承块支撑,并以大约15转/分钟的速度旋转。两个轴安装在旋转主轴的两端,弯曲力通过位于机器两端的弹簧机构施加到轴上。

在1852年至1870年之间,第一次系统的疲劳试验是由Wöhler在专门设计的实验室标本上进行的。这些测试使Wöhler能够将他的实验结果与机车轴上的应力联系起来。1870年,Wöhler编写了一份关于他的实验工作的报告,其中包含了几个被称为Wöhler定律的结论:

  • 材料可以被多次重复的应力诱导失效,所有这些应力都低于静态强度。
  • 应力振幅(或应力范围)对材料内聚性的破坏是决定性的。
  • 最大应力的影响仅限于它越高,导致破坏的应力振幅(或应力范围)就越低。这意味着增加平均应力可以减少失效的循环次数。
克虏伯轴钢的维勒SN曲线

克虏伯轴钢的维勒S-N曲线

应力寿命测试基于Wöhler的工作,需要对相同的样品进行多次恒幅疲劳测试,以生成S-N或Wöhler图。

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