机械零件失效主要原因——“疲劳破坏”,如何通过测试有效避免?

2022-06-08 17:29:53 95

据统计,在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏,而且疲劳破坏前没有明显的变形,所以疲劳破坏经常造成重大事故,所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件,通过实验研究材料抗疲劳的性能是有实际意义的。

疲劳破坏

疲劳破坏是指在远低于材料强度极限甚至屈服极限的交变应力作用下,材料发生破坏的现象。材料在循环应力和应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。

任何材料都会发生疲劳破坏,因此在设计及制造零部件及工程结构等时必须考虑到材料遭受疲劳破坏的时限,以免造成不必要的财产损失和人身伤亡事故。

疲劳试验

疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度,一般该类试验周期较长,所需设备比较复杂,但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验,都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能,因此,对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。

刚度测试

刚度测试分为静刚度测试和动刚度测试,静刚度,是结构在特定的静态激扰下抵抗变形的能力。动刚度,是指结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力,即引起单位振幅所需要的动态力。

测试类型

按控制方向分类:

应力控制疲劳,应变控制疲劳

按受力方向分类:

拉-拉疲劳,拉-压疲劳,压-压疲劳

按循环次数分类:

高周疲劳,低周疲劳

按频率分类:

高频疲劳,低频疲劳

按温度分类:

室温疲劳,低温疲劳,高温疲劳,热疲劳

按测试方法分类:

单点疲劳,升降法疲劳,成组法疲劳

常用测试标准

GB/T 3075-2021金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法

GB/T 15248-2008金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法

GB/T 35465.1-2017 聚合物基复合材料疲劳性能测试方法 第1部分:通则

GB/T 35465.2-2017 聚合物基复合材料疲劳性能测试方法 第2部分:线性或线性化应力寿命(S-N)和应变寿命(ε-N)疲劳数据的统计分析

GB/T 35465.3-2017 聚合物基复合材料疲劳性能测试方法 第3部分:拉-拉疲劳

GB/T 27595-2011 胶粘剂 结构胶粘剂拉伸剪切疲劳性能的试验方法

ISO 1099:2017金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法

ASTM D7791-17塑料单轴疲劳性能的标准试验方法

ISO 13003:2003纤维增强塑料 周期性荷载条件下疲劳特性的测定

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