[其他]快速測定材料接觸疲勞極限的方法

無效

• 申請號: 86103893
• 申請日: 1986-06-08
• 公開（公告）號: CN86103893A
• 公開（公告）日: 1988-02-10
• 發明（設計）人: 姜秉元
• 申請（專利權）人: 洛陽工學院
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 河南省專利代理中心
• 代理人: 吳磊

本發明屬于材料強度檢測方法。應用疲勞試驗機和計算機快速測定材料的接觸疲勞強度。

對于以接觸疲勞為主要失效形式的齒輪，鋼軌等機件，在進行設計選材，強度計算和工藝材料研究中，需測定材料在各種受力條件和組織狀態下的接觸疲勞極限。對此，目前普遍采用常規試驗方法，要較多的試樣，很長的時間通過測S-N疲勞曲線，從而找出材料的極限值。試驗周期很長，費用很高。近年來，開始進行快速測定材料疲勞極限的試驗研究工作，共同特征是應用Locati方法即采用一對試樣，等量階梯加載進行疲勞極限的快速試驗工作。由于在Locati原方法中，是將快速試驗的初應力加在待測材料的疲勞極限附近，而此極限值在試驗前是未知的。以前工作，均未制定出初應力科學可靠的確定方法，使試驗帶有一定的經驗性和盲目性。并且試驗數據用手工處理，疲勞極限用作圖法，通過三點連成一條曲線的辦法來找出，速度慢、精度低。同時，現有技術只適用于45鋼、鑄銅和球鐵等均質材料，而且多為彎曲疲勞試驗，使用范圍很窄。

本發明的目的是提供一種操作簡便，經濟可靠、數據處理速度快，精度高，適用于快速測定均質和表面強化材料的接觸疲勞極。

本目的實現是根據使一定材料破壞所需的形變功為一定值這一試驗事實導出的Miner損傷累積理論n₁/N₁+n₂/N₂+…+ni/Ni＝1

簡寫為∑ni/Ni＝1

（式中，ni為第i階應力水平下試樣運轉周次，Ni為該階應力水平下材料的疲勞壽命），由此理論，通過一定的辦法找出材料應加的初應力并加到試驗機上。選用一對標準試樣，采取等量階梯加荷，在每一應力下運轉相同的周次，直至破壞（產生表面剝落），測出所施加的應力水平級數。之后，將試驗數據輸入計標機，按設計好的程序進行數據處理，通過逐點逼近方式找出所測材料的接觸疲勞極限。逐點逼近法求極限值的原理如下：

對于某一應力水平бi通過解疲勞方程

б^-A.N＝B

可求出材料在此應力水平下的運轉壽命Ni，將試樣在該應力下的運轉周次ni除以Ni，得損傷值ni/Ni，將試樣所加各應力水平下材料的損傷值加和，得材料的損傷累積值∑ni/Ni，若此累積值正好等于1，則令N＝10⁷，解疲勞方程得б值，此值便是待測材料的疲勞極限бlim。若算得的累積值不等于1，將疲勞方程曲線沿應力坐標軸上、下移動一個微小增量Δб，上述疲勞方程變為：

（б±.Δб）^-A·N＝B

再重復上述計算，若損傷累積值還不等于1，再移動疲勞曲線，和進行上述計算，直到使損傷累積值∑ni/Ni＝1為止，令N＝10⁷，解最后一個疲勞方程得到的б值，便是待測材料的疲勞極限бlin

本發明的優點是制定一種科學可靠的確定初應力的方法，研制出一套供數據處理和求尋疲勞極限用的計算機軟件，試驗的速度快，精度高，同時可以提供繪制出材料、工藝、試樣接觸帶寬度、初應力和接觸疲勞極限等之間的關系曲線圖。適用于快速測定均質材料和非均質材料的接觸疲勞極限，尤其適于表面強化金屬材料的接觸疲勞試驗。

實現本發明的具體方案和途經是首先測定公用初應力。此工作是快速疲勞試驗的基礎。公用初應力的測定是按主要組織參數將待測材料分成幾組，并分別在每一組中選出一種有代表性的材料，測定其初應力（極限值），此值便作為本組材料的公用初應力。在循環比率適當的情況下，初應力（б_o）選在材料疲勞極限附近，測出的值較準確。若б_o過低，因材料受次載荷鍛煉而使結果偏高，即測出的極限值遠高于б_o，此時可提高б_o再行試驗;若б_o過高，因過載弱化而使結果偏抵，此時可降低б_o再行試驗，經幾次調整便可得出各組材料的公用初應力。不同的待測材料可按其分屬組別，選用該組公用初應力值作為該材料快速試驗的初應力。取一對由待測材料制成的試樣，裝在接觸疲勞試驗機上，由試驗機的砝碼，載荷和應力關系曲線算出此初應力б_o相應的初砝碼M₁，并將該砝碼加到試驗機的砝碼座上。