第八节 疲劳试验
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事 故 发 展 过 程

疲劳 失效 断裂 事故
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科研与生产应用

鞋跟冲击疲劳试验机 (连续冲击) HK-5305A
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塑料疲劳的根本原因

塑料具有粘弹性

在交变的应力作用下，分子链形变总是滞后于应力， 产生内摩擦生成大量热，导热不良又使热量积累导 致材料升温，引起材料局部软化、熔融等，试样的 内部缺陷、内部缩孔、表面划伤、缺口、粗糙等都 易导致疲劳破坏
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试样

模塑成型和机械加工 而成。 使加工中发热量最小， 表面光洁。


在打磨时，必须沿着 试样的纵向方向，以 磨去细小的刻痕或划 痕。
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试验步骤

试验机的调整。 按试验要求，对试样施加一静载荷，调整偏心重锤的偏心 度，施加最大动载荷。计数器调零，开动试验机 动载荷 循环次数104 105 106 107
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疲劳试验分类

根据施加负荷的方式

拉压、弯曲、扭转、冲击、组合应力等试验方法

根据施加的应力大小和产生的应变大小

分为应力振幅一定和应变振幅一定以及变动的应 力和应变的试验方法
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疲劳试验参照标准

塑料的疲劳试验 参照ASTM（美国材料试验协会）ASTM D671-71恒定 力振幅法测定塑料弯曲疲劳的标准。
试验温度


一般情况下，试验应在标准试脸室温度下进行。
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试验步骤

把准备好的试样夹入试验机的上、下夹持器中，试样两端 在夹持器中的长度各为30mm 试样不得夹得过紧，以免试样在夹持部位出现早期损坏 调整试验机的偏心机构和上夹持器，使两夹持器的最小间 距为25mm，并使夹持器的最大间距达到工作标距要求的 间距 尽量减少对试样的拉伸时间，施加应变后到调整完毕不能 超过1min

P0 Kt x0
Kt为试样的弹性常数，表示了试样的刚性N/mm x0为试样的挠度，mm。
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根据所需的应力，对试样施加负荷大小的计 算如下： 2
施加于试样上的负荷

Sb0 d P 6 L0



b0为三角形试样的底边长度，A型为20.6mm，B 型为19.1mm S为所需要的循环应力，N/mm； d试样的厚度，mm。 L0为试样的跨度， A型为31.8mm B型为57.2mm 将A型、B型试样的尺寸代入，上式可简化为


橡胶的疲劳试验 参照国家标准GB1688-86介绍硫化橡胶伸张疲劳试验。
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（1）塑料的疲劳试验测试原理

试验设备 机架 固定夹具 弹簧板 千分表 弹簧 皮带轮轴 偏心锤等组成 此外，还有计数器，切 止开关，温度计，
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测试原理 把试样的一端用固定侧夹 具将其夹紧，将另一端固 定在载荷侧夹具上，通过 它使试样弯曲 马达带动皮带轮轴与可变 的旋转偏心重锤联结，由 这个偏心重锤系统产生出 的循环的振幅恒定的应力， 通过载荷侧夹具，施加在 试样上 施加力的大小，可由测定 弹簧形变的千分表来测定。
PA 0.108 Sd
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PB 0.0557 Sd
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（2）橡胶的疲劳试验

橡胶的疲劳

橡胶承受交变循环应力或应变时所引起的局部结构变化 和内部缺陷的过程。

橡胶的疲劳使橡胶材料的力学性能下降，并最终导致龟裂 或完全断裂。 橡胶的疲劳断裂往往决定着这些制品的使用寿命。橡胶的 疲劳实质是受力和热的作用时橡胶产生老化的现象。



在试验过程中测定试样表面达到稳定的温度。
试样破坏，试验机停止，从读数器上读取循环次数N。 画出S—N图，以每一载荷下几次试验结果的几何平均值N 的对数作横坐标，以循环的最大应力振幅值作纵坐标画出 S—N图。
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计算

在悬臂梁弯曲式的疲劳试验中，偏心重锤振动 产生的力可表示为
偏心重锤样的制备与裁刀同橡胶拉伸性能的测试
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试验条件

试验应变值的选择与使用性能有关，应变值可取伸长50125 %。也可采用较低或较高的应变值，一般选用100 %； 试验频率一般选用250，300，500r/min。也可根据需要选 用其他频率。进行比较时，频率值必须相同


应变次数做伸张疲劳系数时，可根据情况自行选择。例如 5, 10, 15万次。

疲劳破坏的根本原因有待进一步研究
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疲劳引发不幸事故疲劳所引起的强度下降

1998年6月3目，德国一列高速列车在行驶中突然出 轨造成100多人遇难身亡的严重后果。事后经过调 查人们发现：造成事故的原因竟然是因为一节车厢 的车轮内部疲劳断裂而引起

疲劳引起80~90%的设备损坏

我国神舟飞船使用的是运载火箭，使用的原器件都 是新的，因此不会有因为“老化”、“疲劳”引发 的问题

高分子新材料，收集的疲劳过程数据还很少
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定义



疲劳 材料在交变的周期性应力或频繁的重复应力作用下，导 致材料的力学性能减弱或破坏的过程称为疲劳。 应力 物体内某点的平面上所受力的大小 最大应力Smax ，最小应力Smin 应变 由于应力的作用而产生的材料的尺寸变化与原始尺寸之 比 最大应变εmax ，最小应变εmin


疲劳的试验方法有

压缩屈挠试验、屈挠疲劳试验、伸张疲劳试验和回转屈 挠疲劳试验。
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硫化橡胶伸张疲劳试验

国家标准GB1688-86 定应变下的疲劳伸张试验

将哑铃状试样在试验机上反复伸张变形直到试样断裂。

反复拉伸变形下，试样产生裂口以至裂口扩展而断裂的现 象称为伸张疲劳

在规定的拉伸应变值下，反复变形到一定次数后，其拉 伸性能测定值与疲劳前拉伸性能测定值之比表示为伸张 疲劳系数 把在一定的静态和周期性动态负荷作用下，材料产生破 坏或断裂所需的时间，常用转动次数表示疲劳寿命。
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疲劳强度SN 在N次循环时材料疲劳破坏的应力值。 疲劳应变εN 在N次循环时材料疲劳破坏的应变值。 疲劳破坏 材料的刚度下降到规定的值时称为疲劳破坏。 疲劳极限Sf或εf 7 指试样在疲劳试验中经过无数次（一般规定N为10 次） 循环而不破坏的最大应力值或应变值。 疲劳寿命 在规定循环应力或应变下，试样疲劳破坏所经受的应力 或应变循环次数。