專利名稱：一種材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料疲勞壽命試驗技術(shù)，涉及一種材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法。
背景技術(shù)：
材料在軸向加載、旋轉(zhuǎn)彎曲加載和扭轉(zhuǎn)加載等交變載荷作用下會表現(xiàn)出疲勞現(xiàn)象。應(yīng)力-壽命(s -N)方程是表征材料在應(yīng)力控制加載條件下的疲勞強度的常用手段。通常通過以下的步驟獲得S - N方程在不同的應(yīng)力水平下通過在疲勞試驗機上對材料試樣進行疲勞試驗，得到試樣的應(yīng)力水平數(shù)據(jù)和疲勞壽命數(shù)據(jù)的疲勞數(shù)據(jù)對；然后，采用下述 方法對獲得的疲勞壽命-應(yīng)力數(shù)據(jù)對進行處理，以獲得S -N曲線及方程。參見圖1，它給出一個常規(guī)疲勞數(shù)據(jù)對處理方法的實例。圖中，橫軸代表材料的疲勞斷裂壽命，縱軸代表施加的應(yīng)力，圖中施加的應(yīng)力水平范圍為360Mpa 550MPa。在每一級應(yīng)力水平下，在一定的壽命范圍內(nèi)分布有多個與疲勞數(shù)據(jù)對對應(yīng)的數(shù)據(jù)點。其中，黑點表示試驗直到斷裂的試驗點，稱為斷裂點?？招姆娇螯c表示溢出點，數(shù)字“2”指代的溢出點表示在380MPa的條件下2根試樣至IO7循環(huán)周次未斷并采取停機處理，數(shù)字“5”指代的溢出點表示在5根試樣至IO7循環(huán)周次未斷并采取停機處理。對于溢出點的處理一般采取兩種方法。在一種方法中，考慮到溢出點不是試樣的實際斷裂壽命，因此直接將其舍去，這會造成數(shù)據(jù)的浪費，因為溢出點往往代表測試成本最高的數(shù)據(jù)點；同時,這種有意的選擇性的舍棄造成了出現(xiàn)溢出點的應(yīng)力水平的壽命大大低于實際的壽命值。在第二種方法中，將溢出點視為在IO7循環(huán)周次斷裂的斷裂點，與其他斷裂點一起處理。但是，由于溢出點的實際斷裂壽命可能分布于從IO7到無窮大的廣泛的范圍內(nèi)，因此這種處理方法造成疲勞極限值偏低。圖I中的曲線A即按照第二種方法得出的處理結(jié)果。從圖I中可以看出，第二種處理方法得到的與最低一級應(yīng)力水平對應(yīng)的疲勞壽命一般低于IO7循環(huán)周次，這明顯低估了材料的疲勞壽命。當(dāng)這樣處理的數(shù)據(jù)被應(yīng)用于諸如航空發(fā)動機等結(jié)構(gòu)設(shè)計中，會造成效率的低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法，以避免浪費數(shù)據(jù)和低估材料的疲勞壽命。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法,對某種材料的試樣按照《金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗方法(GB/T4334-87)》、《金屬高溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗方法(GB/T 2107-1980)》和《金屬軸向疲勞試驗方法(GB/T 3075-1982 )規(guī)定的方法進行材料高周疲勞性能測試，獲得試樣的應(yīng)力水平數(shù)據(jù)和疲勞壽命數(shù)據(jù)的疲勞數(shù)據(jù)對，疲勞壽命數(shù)據(jù)包括①低于預(yù)定疲勞壽命的斷裂點數(shù)據(jù)；②大于等于預(yù)定疲勞壽命的溢出點數(shù)據(jù)；其特征在于，處理的步驟如下I、求材料的疲勞極限I. I、疲勞極限數(shù)據(jù)配對找出所有的溢出點數(shù)據(jù)，針對每個溢出點數(shù)據(jù)，尋找應(yīng)力水平比該溢出點數(shù)據(jù)高一級的斷裂點數(shù)據(jù)，若有，則將該溢出點數(shù)據(jù)與該斷裂點數(shù)據(jù)配對作為一個疲勞極限數(shù)據(jù)對；若沒有，則舍棄該溢出點數(shù)據(jù)；至少應(yīng)保證有3個疲勞極限數(shù)據(jù)對；I. 2、求疲勞極限值求出所有疲勞極限數(shù)據(jù)對的應(yīng)力水平的平均值作為疲勞極限值；2、疲勞壽命數(shù)據(jù)預(yù)處理對于不包括溢出點數(shù)據(jù)的疲勞數(shù)據(jù)對中的疲勞壽命數(shù)據(jù)做如下處理對于同一應(yīng)力條件下的Hi個疲勞壽命數(shù)據(jù)先做以10為底的對數(shù)化處理，然后做平均化處理，得到預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)，Hi為同一應(yīng)力條件下的試樣個數(shù)，Hi不小于3，i表示應(yīng)力條件的序號，不同序號的應(yīng)力條件下施加的應(yīng)力值不同；3、求疲勞壽命曲線中的截距B1和斜率B2:將預(yù)處理后的疲勞極限值作SB3代入公式IogN = B^B2Iog(S-B3)，................................................[I]式中，S為應(yīng)力水平數(shù)據(jù)，N為疲勞壽命數(shù)據(jù)，將所有預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)代入公式[I]，進行線性擬合處理，獲得疲勞壽命曲線中的截距B1和斜率B2,每個預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)代入公式[I]的次數(shù)為h。本發(fā)明的優(yōu)點是提出了一種更加合理的材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法，避免了浪費高成本獲得的數(shù)據(jù)和低估材料的疲勞壽命。


圖I是一種常規(guī)的疲勞數(shù)據(jù)處理方法的處理結(jié)果曲線。圖2是本發(fā)明一個實施例的疲勞數(shù)據(jù)處理結(jié)果曲線。
具體實施例方式下面對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法，對某種材料的試樣按照《金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗方法(GB/T 4334-87)》、《金屬高溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗方法(GB/T 2107-1980)》和《金屬軸向疲勞試驗方法(GB/T 3075-1982)》規(guī)定的方法進行材料高周疲勞性能測試，獲得試樣的應(yīng)力水平數(shù)據(jù)和疲勞壽命數(shù)據(jù)的疲勞數(shù)據(jù)對，疲勞壽命數(shù)據(jù)包括①低于預(yù)定疲勞壽命的斷裂點數(shù)據(jù)大于等于預(yù)定疲勞壽命的溢出點數(shù)據(jù)；其特征在于，處理的步驟如下I、求材料的疲勞極限I. I、疲勞極限數(shù)據(jù)配對找出所有的溢出點數(shù)據(jù)，針對每個溢出點數(shù)據(jù)，尋找應(yīng)力水平比該溢出點數(shù)據(jù)高一級的斷裂點數(shù)據(jù)，若有，則將該溢出點數(shù)據(jù)與該斷裂點數(shù)據(jù)配對作為一個疲勞極限數(shù)據(jù)對；若沒有，則舍棄該溢出點數(shù)據(jù)；至少應(yīng)保證有3個疲勞極限數(shù)據(jù)對；I. 2、求疲勞極限值求出所有疲勞極限數(shù)據(jù)對的應(yīng)力水平的平均值作為疲勞極限值；2、疲勞壽命數(shù)據(jù)預(yù)處理對于不包括溢出點數(shù)據(jù)的疲勞數(shù)據(jù)對中的疲勞壽命數(shù)據(jù) 做如下處理對于同一應(yīng)力條件下的Hi個疲勞壽命數(shù)據(jù)先做以10為底的對數(shù)化處理，然后做平均化處理，得到預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)，Hi為同一應(yīng)力條件下的試樣個數(shù)，Hi不小于3，i表示應(yīng)力條件的序號，不同序號的應(yīng)力條件下施加的應(yīng)力值不同；3、求疲勞壽命曲線中的截距B1和斜率B2:將預(yù)處理后的疲勞極限值作SB3代入公式IogN = B^B2Iog(S-B3)，................................................[I]式中，S為應(yīng)力水平數(shù)據(jù)，N為疲勞壽命數(shù)據(jù)，將所有預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)代入公式[I]，進行線性擬合處理，獲得疲勞壽命曲線中的截距B1和斜率B2,每個預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)代入公式[I]的次數(shù)為h。本發(fā)明的工作原理是在疲勞數(shù)據(jù)的處理方法中，找出所有的溢出點數(shù)據(jù)，針對每個溢出點數(shù)據(jù)，尋找應(yīng)力水平比該溢出點數(shù)據(jù)高一級的斷裂點數(shù)據(jù)，若有，則將該溢出點數(shù)據(jù)與該斷裂點數(shù)據(jù)配對作為一個疲勞極限數(shù)據(jù)對；若沒有，則舍棄該溢出點數(shù)據(jù)。這樣，與常規(guī)的主動通過升降法求疲勞極限的方法不同，即使對于通過散點法得到的疲勞數(shù)據(jù)點，也可求出材料的疲勞極限。 另外，區(qū)分出現(xiàn)溢出點的應(yīng)力水平和不出現(xiàn)溢出點的應(yīng)力水平。將出現(xiàn)溢出點的應(yīng)力水平下的試驗數(shù)據(jù)舍棄。然后，將保留下的不出現(xiàn)溢出點的應(yīng)力水平的數(shù)據(jù)帶入下一階段的處理中。進行這種區(qū)分的目的是為了保證在本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法中不出現(xiàn)任何壽命存疑點。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了計算材料的疲勞極限，這些壽命存疑點是無法避開的。這正是本發(fā)明顯著優(yōu)于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理方法的特點。然后，求出同一級應(yīng)力水平下的疲勞數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值并計算該應(yīng)力水平條件下的應(yīng)數(shù)據(jù)點，將得到的加權(quán)平均值視為數(shù)量為上述的數(shù)據(jù)點數(shù)的試驗數(shù)據(jù)并將其帶入下一處理階段。進行這種處理的原因如下。由于高周疲勞受到材料缺陷等內(nèi)在因素和各種試驗擾動等外在因素的影響，因此材料的數(shù)據(jù)往往十分分散。在這種情況下，對于數(shù)據(jù)的擬合往往導(dǎo)致計算程序誤斷數(shù)據(jù)的線性趨勢，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理錯誤。由于平均化處理可以大大降低材料疲勞數(shù)據(jù)的分散性，因此，平均化處理可以大大減少這種誤斷情況的發(fā)生。并且，由于這種平均化處理考慮每一級應(yīng)力水平的疲勞壽命的權(quán)重，因此這種平均化處理對于材料的均值疲勞數(shù)據(jù)處理結(jié)果沒有任何影響。在本發(fā)明的分步處理中，所有包含溢出點數(shù)據(jù)的應(yīng)力水平均不參與線性擬合處理。因此，線性處理中包含應(yīng)力水平范圍較窄而涉及的壽命范圍較寬。因而，在不采用加權(quán)平均方法的情況下，壽命與應(yīng)力的關(guān)聯(lián)性較差，從而造成擬合參數(shù)的大范圍波動。因此，對于本發(fā)明的分步處理方法，這種加權(quán)平均的算法的優(yōu)點更加明顯。通過上述相互密切關(guān)聯(lián)的各環(huán)節(jié)，可以得到合理評價材料的疲勞特性的疲勞方程。下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。實施例首先，在步驟SI中，參照《金屬高溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗方法》，通過旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機對于航空用鈦合金B(yǎng)進行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗，試驗在英國拉批爾公司制造的懸臂彎曲疲勞試驗機上進行，加載方式為懸臂旋轉(zhuǎn)彎曲，試驗機轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)周次由計數(shù)器自動記錄。試驗溫度為300° C。選取不同的應(yīng)力水平進行測試，從而獲得序號為從I到21的共21個數(shù)據(jù)對，每個數(shù)據(jù)對包括應(yīng)力值和壽命Nf，見下表I。其中，序號14、15、19、20、21為溢出點數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)對繪制應(yīng)力-壽命圖。在圖2所示的應(yīng)力-壽命圖中，
權(quán)利要求
1. 一種材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法，對某種材料的試樣按照《金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗方法(GB/T 4334-87)》、《金屬高溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗方法(GB/T 2107-1980 )和《金屬軸向疲勞試驗方法(GB/T 3075-1982)》規(guī)定的方法進行材料高周疲勞性能測試，獲得試樣的應(yīng)力水平數(shù)據(jù)和疲勞壽命數(shù)據(jù)的疲勞數(shù)據(jù)對，疲勞壽命數(shù)據(jù)包括①低于預(yù)定疲勞壽命的斷裂點數(shù)據(jù)；②大于等于預(yù)定疲勞壽命的溢出點數(shù)據(jù)；其特征在于，處理的步驟如下 I. I、求材料的疲勞極限 I. I. I、疲勞極限數(shù)據(jù)配對找出所有的溢出點數(shù)據(jù)，針對每個溢出點數(shù)據(jù)，尋找應(yīng)力水平比該溢出點數(shù)據(jù)高一級的斷裂點數(shù)據(jù)，若有，則將該溢出點數(shù)據(jù)與該斷裂點數(shù)據(jù)配對作為一個疲勞極限數(shù)據(jù)對；若沒有，則舍棄該溢出點數(shù)據(jù)；至少應(yīng)保證有3個疲勞極限數(shù)據(jù)對； I. I. 2、求疲勞極限值求出所有疲勞極限數(shù)據(jù)對的應(yīng)力水平的平均值作為疲勞極限值； I. 2、疲勞壽命數(shù)據(jù)預(yù)處理對于不包括溢出點數(shù)據(jù)的疲勞數(shù)據(jù)對中的疲勞壽命數(shù)據(jù)做如下處理對于同一應(yīng)力條件下的Iii個疲勞壽命數(shù)據(jù)先做以10為底的對數(shù)化處理，然后做平均化處理，得到預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)，Iii為同一應(yīng)力條件下的試樣個數(shù)，Iii不小于3，i表示應(yīng)力條件的序號，不同序號的應(yīng)力條件下施加的應(yīng)力值不同； I.3、求疲勞壽命曲線中的截距B1和斜率B2 :將預(yù)處理后的疲勞極限值作為B3代入公式 IogN = B^B2Iog(S-B3)，................................................[I] 式中，S為應(yīng)力水平數(shù)據(jù)，N為疲勞壽命數(shù)據(jù)，將所有預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)代入公式[I]，進行線性擬合處理，獲得疲勞壽命曲線中的截距B1和斜率B2，每個預(yù)處理后的疲勞壽命數(shù)據(jù)代入公式[I]的次數(shù)為叫。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料疲勞壽命試驗技術(shù)，涉及一種材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法。其特征在于，處理的步驟如下求材料的疲勞極限；疲勞壽命數(shù)據(jù)預(yù)處理；求疲勞壽命曲線中的截距B1和斜率B2。本發(fā)明提出了一種更加合理的材料疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)的處理方法，避免了浪費高成本獲得的數(shù)據(jù)和低估材料的疲勞壽命。
文檔編號G01N3/00GK102798568SQ20121026602
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者李影, 于慧臣 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院