T-CSTM 00831-2023 金屬材料 十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗方法

ICS

77.040.10CCS

H

T/CSTM

—2023金屬材料

十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗方法Metallic

—

in-plane

cruciform

biaxial

fatigue2023-07-21

發(fā)布 2023-10-21

實施

發(fā)布T/CSTM

00831—2023 前言....................................................................................................................................................................

3引言....................................................................................................................................................................

41

范圍................................................................................................................................................................

52

規(guī)范性引用文件............................................................................................................................................

53

術(shù)語和定義....................................................................................................................................................

54

符號和說明....................................................................................................................................................

65

試驗原理........................................................................................................................................................

86

儀器和設(shè)備....................................................................................................................................................

86.1

一般要求................................................................................................................................................. 86.2

試驗機..................................................................................................................................................... 86.3

應(yīng)變傳感器........................................................................................................................................... 6.4

加熱與溫度測量系統(tǒng)........................................................................................................................... 126.5

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)....................................................................................................................................... 137

試樣..............................................................................................................................................................

137.1

幾何尺寸............................................................................................................................................... 137.2

試樣的制備........................................................................................................................................... 178

試驗程序......................................................................................................................................................

188.1

試驗環(huán)境............................................................................................................................................... 188.2

檢查和校準(zhǔn)........................................................................................................................................... 188.3

試樣安裝............................................................................................................................................... 188.4

控制模式............................................................................................................................................... 198.5

控制波形............................................................................................................................................... 198.6

加載相位............................................................................................................................................... 198.7

................................................................................................................................................ 208.8

監(jiān)測試驗............................................................................................................................................... 208.9

數(shù)據(jù)記錄............................................................................................................................................... 208.10

試驗停止............................................................................................................................................. 21

試樣失效判定

..................................................................................................................................... 219

數(shù)據(jù)的處理與分析......................................................................................................................................

229.1

彈塑性載荷條件下兩軸向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線.............................................................................. 219.2

兩軸向等效應(yīng)力/應(yīng)變幅值與疲勞壽命的關(guān)系.................................................................................. 219.3

裂紋擴展速率與能量釋放率的關(guān)系................................................................................................... 2110

試驗報告....................................................................................................................................................

22附錄

A (資料性)

雙軸試驗機的類型和主要形式.....................................................................................

23附錄

B（資料性）基于有限元分析的十字形試樣改進(jìn)案例......................................................................

23附錄

C（規(guī)范性）推薦的十字型試樣尺寸.................................................................................................

23附錄

D（資料性）不同相位差下的加載路徑.............................................................................................

23T/CSTM

00831—2023附錄

E

(資料性)

數(shù)據(jù)處理公式....................................................................................................................

32附錄

F

(資料性)

起草單位和主要起草人....................................................................................................

35參考文獻(xiàn)..........................................................................................................................................................

36T/CSTM

00831—2023 本文件參照

GB/T

—

《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則

第

1

GB/T20001.4《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則

第

4

部分：試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國材料與試驗標(biāo)準(zhǔn)化委員會鋼鐵材料標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會（CSTM/FC01）提出。本文件由中國材料與試驗標(biāo)準(zhǔn)化委員會鋼鐵材料標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會（CSTM/FC01）歸口。T/CSTM

00831—2023 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用十分重要。下平板材料的低周、高周疲勞試驗。T/CSTM

00831—2023

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。1 范圍設(shè)備、試樣、試驗程序、試驗結(jié)果表達(dá)及試驗報告等?，F(xiàn)比例或非比例加載路徑以及路徑變換的雙軸疲勞試驗。2 規(guī)范性引用文件于本文件。GB/T

6398 金屬材料

疲勞試驗

疲勞裂紋擴展方法GB/T

12160 金屬材料

單軸試驗用引伸計系統(tǒng)的標(biāo)定GB/T

13992 金屬粘貼式電阻應(yīng)變計GB/T

16825.1 靜力單軸試驗機的檢驗 第

1

GB/T

25917.1 單軸疲勞試驗系統(tǒng)

第

1

部分：動態(tài)力校準(zhǔn)GB/T31054 機械產(chǎn)品計算機輔助工程

有限元數(shù)值計算

術(shù)語GB/T33582 機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有限元力學(xué)分析通用規(guī)則GB/T

34104 金屬材料

試驗機加載同軸度的檢驗GB/T

36024 金屬材料

薄板和薄帶

十字形試樣雙向拉伸試驗方法GB/T

38719 金屬材料

管

測定雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的液壓脹形試驗方法GB/Z

40387 金屬材料

多軸疲勞試驗設(shè)計準(zhǔn)則GB/T

40410 金屬材料

多軸疲勞試驗

軸向-扭轉(zhuǎn)應(yīng)變控制方法JJF

1637 廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范JJG

工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程JJG

軸向加力疲勞試驗機檢定規(guī)程3 術(shù)語和定義GB/T

36024、GB/T

38719和GB/Z

40387界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1雙軸疲勞試驗 biaxial

fatigue

testT/CSTM

00831—2023十字形試樣在加載過程中兩個軸向施加的應(yīng)力或應(yīng)變載荷隨時間有規(guī)律變化的疲勞試驗。3.2雙軸拉伸試驗

biaxial

testing采用十字形試樣并在兩軸向同時施加速率恒定的單調(diào)應(yīng)力或應(yīng)變載荷的拉伸試驗。3.3比例加載 proportional

在相同頻率下，兩軸向的加載波形之間相位差為零的加載方式。3.4非比例加載

loading在相同頻率下，兩軸向的加載波形之間存在相位差的加載方式。3.5加載路徑

path對試樣施加的載荷在應(yīng)力或應(yīng)變空間中的軌跡。3.6原位加載

loading在任何加載模式和變形階段下，試樣的中心位置均保持不變的加載方式。3.7屈服強度 yield

stress雙軸拉伸試驗中先發(fā)生屈服的加載軸向上的屈服應(yīng)力。3.8多軸疲勞性能

fatigue

property十字形試樣測量區(qū)域在多軸比例或非比例加載下失效之前所經(jīng)歷的循環(huán)周數(shù)。4 符號和說明表1給出的符號和說明適用于本文件。表

1

符號和說明GPaGPaGPaⅡMPaMPaT/CSTM

00831—2023方向的應(yīng)變讀數(shù)方向的應(yīng)變讀數(shù)°MPaMPaMPaMPaMPaT/CSTM

00831—20235 試驗原理加載波形，測定十字形試樣測量區(qū)域的多軸比例或非比例疲勞性能。6 儀器和設(shè)備6.1 一般要求和溫度測量系統(tǒng)。6.2 試驗機6.2.1

十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗采用的雙軸疲勞試驗機應(yīng)符合

可以是電液伺服式或

A加載過程中試驗機應(yīng)保證對稱加載，從而保證被加載試件的中心位置不變。6.2.2

1

±0.1%T/CSTM

00831—2023低于

Hz，控制器的閉環(huán)控制頻率不低于

10

kHz。圖

1

循環(huán)加載波形6.2.3

測力系統(tǒng)±1%

1%～100%內(nèi)，且最大測量范圍應(yīng)滿足試驗需要。6.2.4 夾具及對中和共面檢查6.2.4.1

一般要求程中試樣從夾具滑脫，夾具應(yīng)能夠通過螺栓固定試樣。夾具的偏心率應(yīng)不大于2%以保證加載軸對中良±0.05°

GB/T

34104

的規(guī)定檢測并達(dá)到或優(yōu)于2級要求。所有夾具與試樣的配合面應(yīng)保持在同一高度上以避免在試驗中對試樣施加彎矩，夾具的共面檢查應(yīng)采用符合本文件規(guī)定的夾具共面檢測方法。6.2.4.2

室溫試驗使用夾具料硬度應(yīng)高于被測試樣。圖2為室溫夾具結(jié)構(gòu)的示意圖。 T/CSTM

00831—2023 圖

2

室溫試驗使用的平板夾具6.2.4.3

高溫試驗使用夾具6.2.4.3.1

當(dāng)試驗溫度在

500℃

3

為推薦的高溫平板夾具結(jié)構(gòu)的示意圖度過高影響傳感器的正常工作?？梢圆捎?/p>

GH4169

或更高強度的高溫合金作為高溫夾具的材料。

500℃時，為了保證試樣裝夾的可靠性，推薦采用臺階式夾具。圖

4

為推薦的掛式夾具結(jié)構(gòu)示意圖

6.2.4.3.3

在使用臺階式夾具時，試樣夾持端應(yīng)增加寬度以與臺階式夾具配合。

圖

3

高溫試驗使用的平板夾具10T/CSTM

00831—2023圖

4

高溫試驗使用的臺階式夾具6.2.4.4

共面檢測傳感器四個夾具與試樣配合面共面與否應(yīng)通過共面檢測傳感器檢查。共面檢測傳感器的形式應(yīng)按照

36024

1

個雙軸電阻應(yīng)變計或

2

阻應(yīng)變計，應(yīng)變計的位置如圖

5

所示。圖

5

共面檢測傳感器上的電阻應(yīng)變計位置6.2.4.5

共面檢查分別讀取

x

方向和

y

方向上的應(yīng)變值

和

。各軸向上的應(yīng)變值應(yīng)不超過

度進(jìn)行調(diào)整。應(yīng)至少每年進(jìn)行一次檢查以保證所有夾具與試樣的配合面共面。6.3 應(yīng)變傳感器6.3.1

一般要求計測量十字形試樣測量區(qū)域的應(yīng)變。應(yīng)變傳感器應(yīng)符合

級精度的要求。6.3.2

電阻應(yīng)變計T/CSTM

00831—2023電阻應(yīng)變計的粘貼位置應(yīng)在十字試樣的測量區(qū)域內(nèi)，使用的電阻應(yīng)變計宜符合

GB/T

13992

求。電阻應(yīng)變計在測量區(qū)域內(nèi)的粘貼位置宜符合

GB/T

36024

的要求。若采用專用的雙軸電阻應(yīng)變計測變計適合在較低循環(huán)周次試驗中使用，測量的應(yīng)變量應(yīng)小于其量程。6.3.3

非接觸視頻應(yīng)變傳感器6.3.3.1

非接觸視頻應(yīng)變傳感器如圖

6

應(yīng)變傳感器應(yīng)能同時測量兩個軸向上的動態(tài)應(yīng)變值。6.3.3.2

使用非接觸視頻應(yīng)變傳感器測量應(yīng)變前，應(yīng)在測量區(qū)域噴涂均勻的散斑，散斑的噴涂應(yīng)符合GB/T38719

中的要求。6.3.3.3

樣之間保持

100mm

以上的距離，防止鏡頭被高溫?fù)p壞。6.3.3.4

的圖像采集。

圖

6

非接觸視頻應(yīng)變傳感器6.4 加熱與溫度測量系統(tǒng)6.4.1

加熱系統(tǒng)阻絲或加熱棒對測量區(qū)域范圍進(jìn)行加熱。6.4.2 溫度測量系統(tǒng)6.4.2.1

域的溫度場進(jìn)行測量，應(yīng)事先驗證其測溫精度在試驗溫度點不低于熱電偶。6.4.2.2

輻射。6.4.2.3

當(dāng)采用電阻絲或加熱棒加熱時，熱電偶不應(yīng)固定在加熱裝置所在的試樣一側(cè)。6.4.2.4

應(yīng)保證至少有一個獨立于控制通道的傳感器用于測量試驗溫度。12T/CSTM

00831—20236.4.2.5

貴金屬熱電偶擇優(yōu)選用

S

型或

R

型，建議使用溫度大于

6.4.2.6

廉金屬熱電偶建議用于

500

超過

h。6.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6.5.1

試驗數(shù)據(jù)采集軟件應(yīng)包括以下功能：a)

能夠同時記錄兩軸向上的應(yīng)力-應(yīng)變滯后回線；b)

能夠記錄溫度在試驗中的變化情況；c)

能夠同時監(jiān)測兩軸向上加載波形的峰谷值。6.5.2

每個軸向上的力-應(yīng)變數(shù)據(jù)通道的采樣速率應(yīng)盡量高以便正確的再現(xiàn)滯后回線，特別是反向應(yīng)變的區(qū)域。溫度、位移和時間數(shù)據(jù)通道的采樣頻率也應(yīng)足夠高。力-應(yīng)變數(shù)據(jù)通道每個循環(huán)至少需要采集200

據(jù)點。7 試樣7.1 幾何尺寸7.1.1

概述條件（如試驗機、夾具等）設(shè)計試樣。推薦基于有限元分析的分析設(shè)計手段，具體設(shè)計案例見附錄

B。采用的試樣包括帶有開縫結(jié)構(gòu)和預(yù)制裂紋區(qū)的雙軸裂紋擴展十字形試樣和無開縫結(jié)構(gòu)的雙軸疲勞十字形試樣兩種，試樣的形式見

7.1.2

和

7.1.3，試樣的推薦尺寸見附錄

C。7.1.2

雙軸疲勞十字形試樣7.1.2.1

推薦形式雙軸疲勞十字形試樣的推薦形式見圖

7。1380261817=0.3=0.30.40.40.10.10.030.3T/CSTM

00831—2023圖

7

雙軸疲勞十字形試樣示意圖7.1.2.2

幾何尺寸雙軸疲勞十字形試樣推薦幾何尺寸見表

2。表

表

2

推薦的幾何尺寸T/CSTM

00831—2023

2mm

7.1.2.3

試樣的公差7.1.2.3.1

試樣的測量區(qū)域外輪廓的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對稱軸或基準(zhǔn)面相關(guān)：——平行度:

f≤0.015；——對稱度:

i≤0.012。7.1.2.3.2

試樣的測量區(qū)域內(nèi)表面的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對稱軸或基準(zhǔn)面相關(guān)：——平行度:

f≤0.012；——對稱度:

i≤0.01。7.1.2.3.3

測量區(qū)域的表面粗糙度應(yīng)滿足

Ra≤1.6

μm，而試樣表面的粗糙度應(yīng)滿足

Ra≤6.3

μm。7.1.2.4

螺栓孔的公差試樣的螺栓孔公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對稱軸或基準(zhǔn)面相關(guān)：——垂直度:

b≤；——對稱度:

i≤0.015。7.1.3

雙軸裂紋擴展十字形試樣7.1.3.1 推薦形式雙軸裂紋擴展十字形試樣的推薦形式見圖8。圖

8

雙軸裂紋擴展十字形試樣示意圖7.1.3.2

幾何尺寸雙軸裂紋擴展十字形試樣推薦幾何尺寸見表

3。15750.250.10.113150.030.3a-b

l-1)=0.50.15預(yù)制裂紋缺口的長度0.10.2T/CSTM

00831—2023表

3

表

3

推薦的幾何尺寸7.1.3.3.1

試樣的測量區(qū)域外輪廓的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對稱軸或基準(zhǔn)面相關(guān)：——平行度:f≤0.015；——對稱度:

i≤0.012。7.1.3.3.2

試樣的測量區(qū)域內(nèi)表面的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對稱軸或基準(zhǔn)面相關(guān)：——平行度:

f≤0.012；——對稱度:

i≤0.01。7.1.3.3.3

測量區(qū)域的表面粗糙度應(yīng)滿足

Ra≤1.6μm，而試樣表面的粗糙度應(yīng)滿足

Ra≤6.3μm。7.1.3.4

試樣開縫和中心小孔的公差試樣開縫和中心小孔的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對稱軸或基準(zhǔn)面相關(guān)：——垂直度:

⊥≤；——位置度:

j≤0.02；——對稱度:

i≤0.006。16T/CSTM

00831—20237.2 試樣的制備應(yīng)按第7章的規(guī)定進(jìn)行試樣制備。如試驗存在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之外的目的（如在線原位微觀表征），可不符合7.2.2～7.2.6的要求，但應(yīng)在試驗報告中加以注明。7.2.1

取樣及標(biāo)記7.2.1.1

在取樣前，應(yīng)根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或與材料供應(yīng)方的協(xié)議，對待取樣的材料或半成品進(jìn)行檢驗，內(nèi)容包括材料的化學(xué)成分、生產(chǎn)方式和顯微組織形態(tài)等信息。7.2.1.2

應(yīng)在試驗報告附上清晰的取樣圖，取樣圖應(yīng)包括：a) 每件試樣在原材料或半成品上的取樣部位；b)

c) 每件試樣的標(biāo)記。7.2.1.3

的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記不應(yīng)影響試驗質(zhì)量。7.2.1.4

來。7.2.2

加工7.2.2.1

試樣的輪廓和開縫顯微組織產(chǎn)生影響。加工應(yīng)滿足以下條件：a) 大于開縫寬度；b)

試樣輪廓：與成品尺寸的偏差應(yīng)在

以內(nèi)。

，可以采用鉆孔和線切割的方式加工開縫。需防止線切割冷卻液污染劣化開縫處的材7.2.2.2

試樣的測量區(qū)域能，在加工后應(yīng)及時清除測量區(qū)域表面的污染物。7.2.3

試樣的表面狀態(tài)試樣的表面狀態(tài)應(yīng)符合以下要求：a)

Ra

小于

μm境或惰性氣體保護(hù)條件下進(jìn)行熱處理；b)

試樣表面：平均表面粗糙度

Ra

小于

μm，若原始材料表面質(zhì)量較高，則只需進(jìn)行簡單拋光，去除表面污染物，使表面粗糙度達(dá)標(biāo)即可；17T/CSTM

00831—2023c)

材料微觀組織的變化：熱處理不應(yīng)改變被研究材料的顯微組織，熱處理及機加工的細(xì)節(jié)應(yīng)在試驗報告中記錄。d)

污染物的介入：應(yīng)避免腐蝕性的無機物和有機化合物損壞試樣的表面狀態(tài)。7.2.4

試樣尺寸測量應(yīng)對測量區(qū)域兩個加載軸方向長寬尺寸各進(jìn)行至少

3

軸方向厚度各進(jìn)行至少

3

次測量(中心及兩側(cè))參數(shù)和用于試驗數(shù)據(jù)后處理。7.2.5

存放及運輸試樣彎曲。8 試驗程序8.1 試驗環(huán)境十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗的環(huán)境應(yīng)符合以下條件：a) 試驗裝置受到的外部機械擾動不能對加載及應(yīng)變采集產(chǎn)生影響；b)

試驗環(huán)境封閉，不受自然風(fēng)的影響；c) 沒有能夠影響試驗機控制和數(shù)據(jù)采集的外部電磁干擾；d)

大氣中沒有化學(xué)和粉塵污染；e) 室溫環(huán)境的溫度要求參見

GB/T40410

高溫試驗的溫度一般不超過

800℃。8.2 檢查和校準(zhǔn)試驗前應(yīng)對傳感器及其附屬電子元件進(jìn)行校準(zhǔn)，并應(yīng)符合以下要求：a) 測力系統(tǒng)按照

GB/T

、GB/T

25917.1

或

JJG

進(jìn)行校準(zhǔn)；b)

非接觸視頻應(yīng)變傳感器按照

GB/T

12160

進(jìn)行校準(zhǔn)；c) 電阻應(yīng)變計可以通過調(diào)整控制器的放大系數(shù)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)試樣的應(yīng)變讀數(shù)來進(jìn)行校準(zhǔn)。d)

JJG

或

JJF

1637進(jìn)行校準(zhǔn)。8.3 試樣安裝8.3.1 將試樣安裝在試驗設(shè)備上，兩個加載軸方向均不施加預(yù)載荷。在緊固螺栓時應(yīng)采用對角擰緊的每個螺栓的擰緊力矩偏差不得超過

N·m孔的試樣，在試樣裝夾前應(yīng)在各夾持端畫出相應(yīng)軸線的垂線并在裝夾前確保垂線與夾具下邊緣對齊。8.3.2 十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗推薦使用屈曲約束夾具以減少試驗過程中可能出現(xiàn)的失穩(wěn)。屈曲約束夾具如圖

9

對測量區(qū)域的觀測孔，通過數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)、視頻引伸計和電阻應(yīng)變計等技術(shù)，可以直接獲得觸的區(qū)域使用潤滑劑（如聚四氟乙烯薄膜）以降低摩擦力對試驗結(jié)果的影響。18T/CSTM

00831—2023 圖

9

屈曲約束夾具8.4 控制模式且應(yīng)變傳感器示數(shù)為

0效。8.5 控制波形8.5.1

比性。8.5.2

的均值、幅值和加載比等參數(shù)。8.6 加載相位當(dāng)兩軸向加載頻率和加載波形相同，各軸向的加載波形周期為

T，相位差為

時，形成的典型非比例應(yīng)力或應(yīng)變路徑如下，圖例見附錄

D：a) 當(dāng)各軸向的加載波形為三角波且

0＜＜T

或

T＜＜T，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為斜

45°矩形；b)

當(dāng)各軸向的加載波形為正弦波且

0＜＜T

或

T＜＜T，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為斜

45°橢圓；c) 當(dāng)各軸向的加載波形為梯形波且

0＜＜T

或

T＜＜T，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為六邊形；d)

當(dāng)各軸向的加載波形為三角波且

=T，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為斜

45°正方形；e) 當(dāng)各軸向的加載波形為正弦波且

=T，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為圓形；19T/CSTM

00831—2023f)

當(dāng)各軸向的加載波形為梯形波且

=T，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為矩形；g)

當(dāng)

=T

時，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為一條斜率為

的直線。8.7 試驗開始8.7.1

應(yīng)該采用相同的初始加載方向（拉/壓）。8.7.2

為避免產(chǎn)生過沖，各軸向在試驗開始后應(yīng)在

10

個循環(huán)周次內(nèi)達(dá)到目標(biāo)加載幅值與相位差。8.7.3

溫速率不應(yīng)超過

6℃。為保證測量區(qū)域厚度方向溫度的均勻性，在溫控裝置顯示的溫度到達(dá)試驗溫度后，應(yīng)至少保溫

2

分鐘后方可開始試驗。在整個試驗期間應(yīng)確保溫控裝置顯示溫度變化不超過±5試驗溫度±1%中的較大值。8.7.4

高溫試驗中測量區(qū)域面內(nèi)溫度的梯度不大于

3℃或標(biāo)稱試驗溫度的

1％兩者中的較大值。溫度場進(jìn)行溫度測量，如圖

10

所示。對于裂紋擴展試樣，熱電偶應(yīng)固定在中心小孔附近。8.7.4

G應(yīng)小于裂紋擴展階段?？梢圆捎昧鸭y擴展階段能量釋放率的30%~80%作為初始G。如圖所示，疲勞預(yù)制裂紋的長度a的最小值應(yīng)滿足a≥2af或a≥a+1裂紋擴展試驗的過程中應(yīng)盡可能保持測量區(qū)域處于線彈性應(yīng)力狀態(tài)。圖

10

推薦的溫度測量點示意圖圖

11

疲勞預(yù)制裂紋20T/CSTM

00831—20238.8 監(jiān)測試驗8.8.1

x

和

y

和應(yīng)變幅值變化量不應(yīng)超過名義值的

1%

3°率或頻率較高應(yīng)注意監(jiān)測測量區(qū)域的溫度，試樣溫度升高不宜超過

58.8.2

在雙軸裂紋擴展試驗中應(yīng)通過長焦距（共焦）顯微鏡或

CCD

相機在線觀測并記錄疲勞裂紋的萌生和擴展過程。試驗過程中的裂紋長度測量方法應(yīng)滿足

GB/T

6398

8.8.3

在高溫試驗中應(yīng)注意對試樣測量區(qū)域溫度的監(jiān)控，使溫度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)。8.9 數(shù)據(jù)記錄8.9.1

應(yīng)記錄雙軸拉伸試驗中的屈服強度、抗拉強度和各軸向的最大應(yīng)變等數(shù)據(jù)。8.9.2

應(yīng)完整記錄試驗開始兩軸向初始

10

個循環(huán)周次內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變，以描述材料的初始循環(huán)硬化/軟化行為。在之后的疲勞試驗過程中，應(yīng)對上述數(shù)據(jù)采用對數(shù)間隔的方式進(jìn)行記錄。8.9.3

在雙軸裂紋擴展試驗中應(yīng)每隔一定循環(huán)周次

N

記錄裂紋長度

a

ΔG

范圍內(nèi)

200

夠的裂紋長度數(shù)據(jù)，宜降低數(shù)據(jù)記錄的間隔以更好地監(jiān)測向失效階段的轉(zhuǎn)變。8.10 試驗停止勞試驗的停止判據(jù)：a) 和試樣結(jié)構(gòu)分離；b)

下降且相較于峰值應(yīng)力下降

5%。8.11 試樣失效判定十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗中試樣的失效主要由試樣的異常破壞和試驗控制變量的偏差超出合理范圍所導(dǎo)致。主要分為以下情況：a) 試驗；b)

則判定為試樣失效。試樣失效后應(yīng)調(diào)整相關(guān)的控制參數(shù)并重新進(jìn)行試驗。9 數(shù)據(jù)的處理與分析9.1 彈塑性載荷條件下兩軸向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線應(yīng)通過雙軸拉伸試驗結(jié)果分別計算各軸向的真應(yīng)力及真應(yīng)變以描述各軸向的應(yīng)力-的應(yīng)力和真應(yīng)力/真應(yīng)變數(shù)據(jù)處理公式見附錄E-應(yīng)變關(guān)系分析材料的各向異性及硬化/軟化行為。9.2 兩軸向等效應(yīng)力/應(yīng)變幅值與疲勞壽命的關(guān)系21T/CSTM

00831—2023應(yīng)通過十字形雙軸疲勞試驗結(jié)果計算兩軸向的等效應(yīng)力和等效應(yīng)變范圍和幅值，并計算彈性模量。/數(shù)參見附錄E。9.3 裂紋擴展速率與能量釋放率的關(guān)系在雙軸載荷下可能同時存在Ⅰ

K和

KⅡ的能量釋放率

G

來分析疲勞裂紋擴展的規(guī)律。應(yīng)根據(jù)試驗結(jié)果計算應(yīng)力強度因子能量釋放率，獲得能量放率的公式及描述裂紋擴展速率與能量釋放率的函數(shù)見附錄

E。10 試驗報告試驗報告應(yīng)包含下述信息：a) 本文件編號；b) 材料的名稱、牌號、熱處理方式、織構(gòu)及晶粒尺寸。c) 試樣形狀、尺寸、加工工藝、表面粗糙度等；d) 試驗設(shè)備基本信息；e) ///應(yīng)力幅值、雙軸應(yīng)變/應(yīng)力相位角等；f) 關(guān)的裂紋信息、控制變量偏離規(guī)定值的差值；g) 試樣結(jié)果分析；h) 試驗中發(fā)生的不符合或者未在本規(guī)定中提及的可能影響試驗結(jié)果的現(xiàn)象； 試驗日期及操作人員。22T/CSTM

00831—2023附

錄 A（資料性）雙軸試驗機的類型與主要形式A.1

液壓伺服控制雙軸試驗機A.1.1

圖A.1為雙軸四缸電液伺服試驗機。該機為立式結(jié)構(gòu)，具有良好的中心定位精度，可以實現(xiàn)原位加載。該系統(tǒng)適合應(yīng)用于各向異性材料和薄板材料的單軸向和雙軸向動靜態(tài)力學(xué)性能試驗。

圖

A.1 雙軸四缸電液伺服試驗機A.1.2

圖A.2為包含四個液壓伺服缸的高溫雙軸拉伸試驗系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)。該裝置通過獨立的閉環(huán)比例控制實現(xiàn)對液壓裝置的控制，每個液壓缸可以穩(wěn)定提供的載荷。各軸的最大位移為100mm。該設(shè)備包含加熱裝置，加熱爐安裝在雙軸試驗機的工作臺上，可以提供室溫到800℃的高溫環(huán)境并保證周邊設(shè)備溫度在40℃進(jìn)行非接觸式光學(xué)測量。23T/CSTM

00831—2023

101213圖

A.2

高溫雙軸拉伸試驗系統(tǒng)A.2 電動機驅(qū)動的雙軸試驗機A.2.1 圖A.3為面內(nèi)雙軸實驗系統(tǒng)紋長度測量。該設(shè)備還配有高溫實驗組件，可以實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的多軸疲勞測試。

圖

A.3 面內(nèi)雙軸實驗系統(tǒng)（含顯微觀測裝置和高溫組件）24T/CSTM

00831—2023A.2.2

圖A.4為小型面內(nèi)雙軸實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有水浴裝置和溫控裝置，可以實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境（如水浴、腐蝕環(huán)境）下生物材料和薄膜材料的雙軸材料性能測試。

圖

A.4

小型面內(nèi)雙軸實驗系統(tǒng)25T/CSTM

00831—2023附

錄 B（資料性）基于有限元分析的十字形試樣改進(jìn)案例B.1

案例。有限元分析的流程和術(shù)語應(yīng)符合

GB/T

33582

和

GB/T

31054

的規(guī)定。B.2

未改進(jìn)十字形試樣的有限元分析圖B.1B.1a)試樣的變形也主要集中在兩拉伸臂交叉處，試樣中部的實際變形量非常小，如圖B.1b)所示。

圖

未改進(jìn)前十字形試樣設(shè)計圖B.3 改進(jìn)后的十字試樣結(jié)構(gòu)針對在B.2中發(fā)現(xiàn)的問題，提出以下針對目前十字試樣幾何結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案：a)

在拉伸臂與試樣中部區(qū)域邊緣位置之間增加5免在拉伸臂交叉處產(chǎn)生應(yīng)變集中；b)

在試樣的中部區(qū)域增加減薄結(jié)構(gòu)，這樣可以使試樣中部的應(yīng)力分布更加均勻，減弱拉伸臂交叉處產(chǎn)生的應(yīng)力集中，同時也可以減小因開縫對試樣強度造成的影響；進(jìn)后試樣的1/4有限元模型如圖B.2所示。26T/CSTM

00831—2023圖

改進(jìn)后十字試樣的有限元模型B.4 改進(jìn)后的十字試樣的有限元分析圖B.3B.3a)被消除。因此對原十字試樣的改進(jìn)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

圖

改進(jìn)后的十字試樣的有限元分析結(jié)果27/mm/mm0.22.5210.54.53542101310

時，應(yīng)采用激光切割加工。當(dāng)

1mm

時，應(yīng)采用電火花加工或其它精

/mm

/mm802618121505033222508054351230090654218/mm7520151504228250704710300855710T/CSTM

00831—2023附

錄 C（資料性）推薦的十字型試樣尺寸C.1

雙軸疲勞十字形試樣雙軸疲勞十字形試樣的推薦尺寸見表

。表

表

雙軸疲勞十字形試樣的推薦尺寸雙軸裂紋擴展十字形試樣的推薦尺寸見表

。表

表

雙軸裂紋擴展十字形試樣的推薦尺寸表

(續(xù))相位差加載波形加載路徑0＜＜T=TT＜＜T=TT/CSTM

00831—2023附

錄 D（資料性）不同相位差下的加載路徑D.1

D

給出了在兩軸向加載頻率和加載波形都相同的條件下，不同相位差形成的加載波形和典型非比例加載路徑。D.2

正弦波在不同相位差下的加載路徑見表

D.1。表

表

D.1

正弦波在不同相位差下的加載路徑相位差加載波形加載路徑0＜＜T=TT＜＜T=TT/CSTM

00831—2023D.3

三角波在不同相位差下的加載路徑見表

D.2。表

表

D.2

三角波在不同相位差下的加載路徑相位差加載波形加載路徑0＜＜T=TT＜＜T=TT/CSTM

00831—2023D.4

梯形波在不同相位差下的加載路徑見表

D.3。表

表

D.3

梯形波在不同相位差下的加載路徑??x

=

??x??y

=

????x

=

??x??y

=

??y??x

??????????(E.7)??y

??????????(E.8)附 錄 E（資料性）數(shù)據(jù)處理公式E.1

各軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系E.1.1 x

軸和

y

軸的工程應(yīng)力由公式（E.1E.2）計算：??x?? ??????????(E.1)??y?? ??????????(E.2)E.1.2 x

軸和

y

軸的真應(yīng)變由公式（E.3）和公式（E.4）計算：x

=

ln(1+??x) ??????????(E.3)y

=

ln(1+??y) ??????????(E.4)E.1.3 x

軸和

y

軸的真應(yīng)力由公式（E.5）和公式（E.6）計算：x

=

??x(1+??x) ??????????(E.5)y

=

??y(1+??y) ??????????(E.6)E.1

.4

x