山东大学材料力学实验指导之实验9 疲劳实验

1、实验9 疲劳实验在机器中有很多元件如轴、齿轮、弹簧等都是在循环载荷下工作的，在重负载荷下零件在低应力下发生脆性现象叫金属疲劳。疲劳断裂与静荷断裂不同，很多构件在多次反复应力作用下，会在远低于材料的强度极限时就发生突然的脆性破坏，断前没有明显的宏观塑性变形，很难事先观察和预防，具有很大的危险性，因此研究材料的疲劳破坏规律，防止构件的疲劳失效就尤为重要。疲劳实验就是测定材料对重复载荷的抗力，作为在交变应力下合理选择材料和设计零件的强度依据。一、实验目的）了解疲劳实验的使用方法）测定材料在弯曲时疲劳极限的方法。二、实验设备和仪器弯曲疲劳试验机三、基本原理）疲劳极限是材料在交变应力作用下，能无限次承受

2、应力变化而不破坏的最大应力值。但因实际实验不可能使试件进行无限次循环作用，常规定循环数作为实验基数，对黑色金属，所以实际上求得的疲劳极限是指受次循环的重复，而试件不发生疲劳破坏的最大应力值，常称为名义持久极限。）疲劳实验有拉压、扭转、弯曲的，有对称循环的或不对称循环的。由实验知对称循环是最危险的循环，测得的疲劳极限最低。本次实验是最基本的应用最广的“在对称循环下转梁式弯曲疲劳实验”，测得的疲劳极限，而其它荷重下的疲劳极限用经验公式推求。）转梁式弯曲疲劳实验常用的有简梁式和肱梁式，如图所示。简梁式的试件受纯弯曲作用，上部受压，下部受拉，因载荷静止不动，当试件旋转半周进，应力就改变，故试件旋转一周

3、进，试件内各点应力就奖反复地做一次循环变化。最大应力幅发生在试件最小直径处。肱梁式的试件除受弯曲作用外，尚有剪力作用，但通常此剪力可忽略不计。图9-1图9-2）测定疲劳极限通常是根据在610根相同试件所做一系列而得，在每一根试件下施加的载荷值不同，开始先在第一根试件上施加最大荷重约等于的最大应力，试件断裂后，由疲劳机的循环次数表可以得知此试件破坏时的循环次数在以后各根试件所承受的应力逐根减少下重复进行同样实验，测得不同的破坏循环次数、。随着荷重的降低，试件发生破坏时的循环次数将随着增加，由此可在以应力为纵坐标，循环次数为横坐标的平面上做出一条曲线如图11-3所示。当某一根试件的循环次数超过基数

4、后尚未破坏，则相应的应力即接近疲劳极限，如与相近的破坏应力的差值不大于则此应力即认为是所求的。）由于材料的疲劳抗力与材料试件形状、尺寸要求、加工精度、实验的工作条件、加载荷变形的形式等很多因素有关，进行实验需要用较多试件和时间，因此完成一个实验最少也得用一周时间。因此本次实验只作示范表演，使同学们了解疲劳极限的测量方法。图9-3）疲劳实验对试件的要求比较严格，同一组试件必须同一规格，而且是同一炉冶炼的，试件表面要求精密加工，经过磨光和抛光，表面无刀痕损伤，试件要严格保证同心度，以消除应力集中的影响，四、实验方法与步骤）用千分尺测量直径三次，以最小直径来计算面积，）了解疲劳试验机的构造原理和操作方法，掌握疲劳机制操作规程。安装试件，先不加载荷，将机器进行试转，检查运转是否正常，有无振动噪音，连接是否紧密牢固。）高速计数器至零或记下初读数，加上