一種疲勞試驗(yàn)試樣的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種疲勞試驗(yàn)試樣，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。該試樣中間負(fù)載部分的旋轉(zhuǎn)中心呈相向彎曲的弧形，弧形的曲率半徑與弧形最小間距之間的比值的取值范圍最小為5，即弧形的曲率半徑與弧形最小間距之間的比值的取值范圍較大，因此，會(huì)在弧形最小間距處出現(xiàn)應(yīng)力集中，由于作用在該疲勞試驗(yàn)試樣上的總應(yīng)力不變，因此，分散到中間負(fù)載部分其余部分的應(yīng)力總和減小，與標(biāo)準(zhǔn)直桿型疲勞試驗(yàn)試樣以及曲徑比較小的試樣相比，本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣出現(xiàn)發(fā)熱的概率更小。同時(shí)，由于弧形的曲率半徑與弧形最小間距之間的比值的取值范圍最大為5.5，能夠避免產(chǎn)生加工難度過大的問題。
【專利說明】一種疲勞試驗(yàn)試樣

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)械設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種疲勞試驗(yàn)試樣。

【背景技術(shù)】
[0002]疲勞破壞時(shí)機(jī)械部件早期失效的主要形式，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有80%以上零部件失效是由疲勞引起的，其中大多數(shù)是突然斷裂，造成的損失往往比較嚴(yán)重。因此，研究金屬材料的疲勞強(qiáng)度和推廣疲勞設(shè)計(jì)，對(duì)提高金屬機(jī)械產(chǎn)品的使用可靠性和使用壽命有著十分重要的意義。而疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)是建立在試驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，從成本以及實(shí)驗(yàn)可操作性方面考慮，一般多用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，以提供疲勞性能數(shù)據(jù)和疲勞設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。因此疲勞試驗(yàn)在疲勞研究和疲勞設(shè)計(jì)中占有舉足輕重的地位。另外，隨著社會(huì)上對(duì)汽車板產(chǎn)品的需求量日益增大以及出于對(duì)安全方面的考慮，相關(guān)金屬材料的板狀試樣的疲勞實(shí)驗(yàn)也越來越受到重視，試驗(yàn)量也越來越大。近年來隨著所開發(fā)的新鋼種的強(qiáng)度不斷提高，一些高強(qiáng)度的金屬材料在疲勞試驗(yàn)過程中都會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱，甚至過熱發(fā)藍(lán)試樣發(fā)軟現(xiàn)象，使得試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，嚴(yán)重影響了試驗(yàn)效果，。而發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散和試驗(yàn)效率低下，甚至直接導(dǎo)致試驗(yàn)被迫終止。
[0003]材料的疲勞極限一般是通過升降法來進(jìn)行測(cè)試的，而升降法的準(zhǔn)確性源于同組材料的每個(gè)試樣的試驗(yàn)一致性。如果在試驗(yàn)中，有部分試樣出現(xiàn)發(fā)熱，甚至過熱現(xiàn)象，那么試驗(yàn)的準(zhǔn)確度將大大降低。如果載荷較高時(shí)，發(fā)熱現(xiàn)象過于嚴(yán)重，則直接導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。根據(jù)能量守恒的關(guān)系，在疲勞試驗(yàn)中應(yīng)?兩足下式:
[0004]ffWork+ffHeat+ffLoss = Wp(I)其中，Wp為試驗(yàn)機(jī)輸出總能量，Wffork為帶動(dòng)試樣工作的能量，Wkjss為試驗(yàn)中正常耗散的能量，而Wlteat為試樣非正常發(fā)熱的能量。在試驗(yàn)中，Wloss 一般變化不大，如果Wlteat過大，在Wp總量一定的情況下，則必然使得WWOTk降低，具體表現(xiàn)就是即便工作電流已達(dá)到上限，荷載依然不能達(dá)到設(shè)定值。從另外一個(gè)角度考慮，對(duì)于很多在低頻載荷使用條件下的材料，其在實(shí)際工況中，Wlteat趨近于零。而試樣在高頻疲勞試驗(yàn)中出現(xiàn)的發(fā)熱現(xiàn)象，是偏離實(shí)際情況的，由此試驗(yàn)推斷的材料疲勞極限也必然是不準(zhǔn)確的。所以，避免試樣在高頻疲勞試驗(yàn)中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，對(duì)于其試驗(yàn)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種能夠由易發(fā)熱材料制成的抗發(fā)熱性能好的疲勞試驗(yàn)試樣。
[0006]本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣包括中間負(fù)載部分、兩過渡部分和兩端部夾持部分，所述兩過渡部分分別固定連接于所述中間負(fù)載部分的兩側(cè)，所述兩端部夾持部分分別固定連接于所述兩過渡部分的外側(cè)，所述疲勞試驗(yàn)試樣呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述兩端部夾持部分的外側(cè)加工有螺紋；所述中間負(fù)載部分的旋轉(zhuǎn)中心呈相向彎曲的弧形，所述弧形的曲率半徑與所述弧形最小間距之間的比值的取值范圍為5?5.5。
[0007]作為優(yōu)選，所述試樣總長(zhǎng)度與其中一端部夾持部分長(zhǎng)度的比值的取值范圍為3.5 ?5.5ο
[0008]作為優(yōu)選，所述兩端部夾持部分的周向外表面之間的平行度< 0.02，所述兩端部夾持部分的徑向外表面之間的垂直度< 0.04。
[0009]作為優(yōu)選，所述過渡部分采用圓角。
[0010]作為優(yōu)選，所述兩過渡部分和兩端部夾持部分的粗糙度< 0.8，所述中間負(fù)載部分的粗糙度< 0.4。
[0011]所述中間負(fù)載部分、兩過渡部分和兩端部夾持部分一體成型。
[0012]本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣中間負(fù)載部分的旋轉(zhuǎn)中心呈相向彎曲的弧形，弧形的曲率半徑與弧形最小間距之間的比值的取值范圍最小為5，即弧形的曲率半徑與弧形最小間距之間的比值的取值范圍較大，因此，會(huì)在弧形最小間距處出現(xiàn)應(yīng)力集中，由于作用在該疲勞試驗(yàn)試樣上的總應(yīng)力不變，因此，分散到中間負(fù)載部分其余部分的應(yīng)力總和減小，與標(biāo)準(zhǔn)直桿型疲勞試驗(yàn)試樣以及曲徑比較小的試樣相比，本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣出現(xiàn)發(fā)熱的概率更小。同時(shí)，由于弧形的曲率半徑與弧形最小間距之間的比值的取值范圍最大為5.5，能夠避免產(chǎn)生加工難度過大的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的疲勞試驗(yàn)試樣的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]為了深入了解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]參見附圖1，本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣包括中間負(fù)載部分1、兩過渡部分2和兩端部夾持部分3，兩過渡部分2分別固定連接于中間負(fù)載部分I的兩側(cè)，兩端部夾持部分3分別固定連接于兩過渡部分2的外側(cè)，疲勞試驗(yàn)試樣呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩端部夾持部分3的外側(cè)加工有螺紋，本實(shí)施例中，該螺紋為Ml ;中間負(fù)載部分I的旋轉(zhuǎn)中心呈相向彎曲的弧形，弧形的曲率半徑Rl與弧形最小間距d之間的比值的取值范圍為5?5.5。
[0016]本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣中間負(fù)載部分的旋轉(zhuǎn)中心呈相向彎曲的弧形，弧形的曲率半徑Rl與弧形最小間距d之間的比值的取值范圍最小為5，即弧形的曲率半徑Rl與弧形最小間距d之間的比值Rl/d的取值范圍較大，因此,會(huì)在弧形最小間距處出現(xiàn)應(yīng)力集中，由于作用在該疲勞試驗(yàn)試樣上的總應(yīng)力不變，因此，分散到中間負(fù)載部分I其余部分的應(yīng)力總和減小，與標(biāo)準(zhǔn)直桿型疲勞試驗(yàn)試樣以及曲徑比Rl/d較小的試樣相比，本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣出現(xiàn)發(fā)熱的概率更小。同時(shí)，由于弧形的曲率半徑Rl與弧形最小間距d之間的比值的取值范圍最大為5.5，能夠避免產(chǎn)生加工難度過大的問題。
[0017]應(yīng)用時(shí)，通過該兩端部夾持部分3將該試樣裝載至夾具內(nèi)，將其安裝至試驗(yàn)機(jī)，旋緊兩端夾持部分3外側(cè)加工的螺紋，即可開始試驗(yàn)。
[0018]其中，試樣總長(zhǎng)度L與其中一端部夾持部分長(zhǎng)度LI的比值L/L1的取值范圍為
3.5?5.5。在此L/L1的取值范圍內(nèi)，LI比通常應(yīng)用的疲勞試驗(yàn)試樣略長(zhǎng)，這樣能夠保證兩端部夾持部分3慣性力更大，有利于該疲勞試驗(yàn)試樣加載；同時(shí)，L/L1也不宜過大，過大則不利于該疲勞試驗(yàn)試樣的加載，同時(shí)，當(dāng)端部夾持部分過長(zhǎng)時(shí)，該部分占用的能量較多，若使該疲勞試驗(yàn)試樣達(dá)到同樣的wWOTk，就需要更大的WP，導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)總體耗能較高。
[0019]其中，兩端部夾持部分3的周向外表面之間的平行度< 0.02，兩端部夾持部分3的徑向外表面之間的垂直度< 0.04。在該疲勞試驗(yàn)試樣應(yīng)用于試驗(yàn)機(jī)時(shí)，由于兩端部夾持部分3的周向外表面之間的平行度< 0.02，兩端部夾持部分3的徑向外表面之間的垂直度(0.04，也就是說，其加工精度較高，兩端夾持部分3與試驗(yàn)機(jī)的安裝貼合度更高，能夠避免該疲勞試驗(yàn)試樣與試驗(yàn)機(jī)的安裝部位產(chǎn)生的疲勞失效，從而得到的該疲勞試驗(yàn)試樣的疲勞曲線更準(zhǔn)確。
[0020]其中，過渡部分2采用圓角，能夠使兩端部夾持部分3與中間負(fù)載部分I之間構(gòu)成卸載槽，由于該過渡部分2承擔(dān)著兩端部夾持部分3與中間負(fù)載部分I的連接和過渡的作用，加工成圓角能夠減少零件形狀突然變化導(dǎo)致的應(yīng)力在過渡部分2處集中，從而提高該過渡部分2處的疲勞強(qiáng)度，避免由于該過渡部分2的疲勞強(qiáng)度較小導(dǎo)致本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣整體的疲勞強(qiáng)度降低的問題，進(jìn)一步改善該疲勞試驗(yàn)試樣的疲勞曲線。
[0021]其中，兩過渡部分和兩端部夾持部分的粗糙度<0.8，中間負(fù)載部分的粗糙度< 0.4，由于零件表層應(yīng)力一般比較大，而零件表面的刀痕或損傷又會(huì)引起應(yīng)力集中，極易形成疲勞裂紋。因此，將本實(shí)用新型提供的疲勞試驗(yàn)試樣加工成兩過渡部分和兩端部夾持部分的粗糙度< 0.8，中間負(fù)載部分的粗糙度< 0.4，也就是說，通過這樣的加工可以使該疲勞試驗(yàn)試樣整體表面較為精細(xì)、光潔,從而盡量降低由于疲勞試驗(yàn)試樣表面加工質(zhì)量導(dǎo)致的應(yīng)力集中的問題。
[0022]其中，中間負(fù)載部分1、兩過渡部分2和兩端部夾持部分3—體成型，一體成型的方式則可以選用模具一次成型，或者機(jī)床切削成型，或者其他一次成型的方式。由于一體成型的疲勞試驗(yàn)試樣沒有連接接頭，能夠避免由連接接頭導(dǎo)致的疲勞裂紋，能夠最大限度地保證該疲勞試驗(yàn)試樣的疲勞曲線的準(zhǔn)確性。
[0023]此外，該疲勞試驗(yàn)試樣的中間負(fù)載部分I的兩側(cè)還分別加工連接臺(tái)，用于分別與兩過度部分2連接，該連接臺(tái)在軸向的長(zhǎng)度L2范圍為2?5mm。如果該長(zhǎng)度L2過小，會(huì)導(dǎo)致中間負(fù)載部分I的形狀突然變化，而在該位置出現(xiàn)應(yīng)力集中，使該疲勞試驗(yàn)試樣的試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確；同樣，如果該長(zhǎng)度L2過大，會(huì)導(dǎo)致中間負(fù)載部分I有很大的一部分仍然是直桿，若要使該中間負(fù)載部分I在中間部分達(dá)到弧形最小間距d，在由直桿的直徑減小到d的過程中必然會(huì)出現(xiàn)突然的變化，從而導(dǎo)致不必要的應(yīng)力集中，影響疲勞試驗(yàn)的效果。
[0024]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本材料的技術(shù)實(shí)施方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種疲勞試驗(yàn)試樣，包括中間負(fù)載部分、兩過渡部分和兩端部夾持部分，所述兩過渡部分分別固定連接于所述中間負(fù)載部分的兩側(cè)，所述兩端部夾持部分分別固定連接于所述兩過渡部分的外側(cè)，所述疲勞試驗(yàn)試樣呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述兩端部夾持部分的外側(cè)加工有螺紋；其特征在于，所述中間負(fù)載部分的旋轉(zhuǎn)中心呈相向彎曲的弧形，所述弧形的曲率半徑與所述弧形最小間距之間的比值的取值范圍為5?5.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞試驗(yàn)試樣，其特征在于，所述試樣總長(zhǎng)度與其中一端部夾持部分長(zhǎng)度的比值的取值范圍為3.5?5.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞試驗(yàn)試樣，其特征在于，所述兩端部夾持部分的周向外表面之間的平行度< 0.02，所述兩端部夾持部分的徑向外表面之間的垂直度< 0.04。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞試驗(yàn)試樣，其特征在于，所述過渡部分采用圓角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞試驗(yàn)試樣，其特征在于，所述兩過渡部分和兩端部夾持部分的粗糙度< 0.8，所述中間負(fù)載部分的粗糙度< 0.4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞試驗(yàn)試樣，其特征在于，所述中間負(fù)載部分、兩過渡部分和兩端部夾持部分一體成型。
【文檔編號(hào)】G01N3/02GK203941057SQ201420380301
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】薛歡, 葛銳, 馬玉喜, 李榮鋒, 吳立新, 陳士華, 彭文杰, 鄺蘭翔 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司