【儀表網 研發快訊】疲勞是機械零部件的一種主要失效模式，發展高效、可靠的疲勞強度測試與評價方法至關重要。力學所非線性力學國家重點實驗室微結構計算力學課題組孫成奇研究員等基于概率統計理論，創新性地提出了一種新型的疲勞強度測試與評價方法。該成果以“A continuous testing method for fatigue strength evaluation in high cycle and very high cycle regimes”為題發表在疲勞領域權威期刊Int. J. Fatigue。
現有通用的疲勞強度測試方法——GB/T 24176-2009的升降法(up-and-down method, UDM)中，后一個試樣的測試應力需要依據前一個試樣的測試結果來確定，這一過程往往導致測試周期的顯著延長，耗費大量時間。在超高周疲勞(≥107周次的疲勞)強度評價中，這一不足尤為突出。比如100 Hz下測試109周次需要116天，如果有效測試樣品16件，其中不少于6件測試109周次，則至少需要1.9年。同時，現有疲勞強度測試方法在一些情況下無法根據測試結果評價疲勞強度，大大增加測試成本。
多種材料的實驗結果表明，新的疲勞強度測試與評價方法(continuous testing method, CTM)(圖1)評估的高周和超高周疲勞強度下極限優于UDM。如圖2給出的兩種方法測試與評價中，UDM無法對40Cr鋼的測試結果進行評價，而對2024-T351和6005A-T6鋁合金的評價結果明顯偏于危險，評估的95%置信度、99%存活率下疲勞強度下極限高于測試的樣品中發生失效的最小應力水平。數值實驗結果也表明，CTM評價的疲勞強度更為合理、可靠。CTM還可以同時測試多個樣品，大大縮短測試時間，比如16個有效樣品的測試周期與UDM相比可以縮短2/3以上。
CTM為材料和零部件的疲勞強度測試與評價提供了新思路，并獲CSTM 標準立項(編號：CSTMLX 0100 01278—2023)，將在材料和零部件的疲勞強度評價中發揮重要作用。
圖1 CTM方法示意圖
圖2 CTM方法和UDM方法評估的疲勞強度對比，虛線表示測試的樣品中發生失效的最小應力水平
力學所博士研究生仵涵為第一作者，孫成奇研究員為通訊作者。相關研究得到中國科學院基礎與交叉前沿科研先導專項“深海結構長期服役安全與可靠性”(編號XDB0620303)與國家自然科學基金基礎科學中心“非線性力學的多尺度力學研究”項目(11988102)的支持。
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