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低週疲勞(LCF)測試,依據ISO 12106 / ASTM E606標準

低週疲勞強度的測定

低週疲勞指的是在低循環數下的疲勞強度。

符合 ISO 12106 和 ASTM E606 的低週疲勞 (LCF) 測試是一種疲勞測試,其中模擬週期負載直至失效。通常使用油壓伺服疲勞試驗機執行該測試。

承受極端熱負載和機械負載的材料只能在其低週疲勞範圍內進行設計,即最多 105 次負載變化。主要的例子包括用於飛機發動機的渦輪葉片和盤片,以及用於發電的固定式渦輪機。此外,LCF測試還用於廢氣渦輪增壓器、排氣管和其他類似組件。在這些組件中,設計的缺口(如刀片-盤片連接)受到應變誘導的塑性循環變形,這遲早會導致破裂。在低週疲勞(LCF)測試中,在試片上模擬這些負載,並測定裂縫形成的循環次數。測試通常在高溫下進行。測試頻率通常在0.01到5 Hz之間。

為此需要特别使用試驗機和試驗機控制系統。在從彈性變形向塑性變形過渡期間,試片的剛性變化顯著,控制器必須迅速做出反應,例如保證恆定的應變增加速率。此時,試驗機的極高剛性就起著相當重要的作用。

標準 影片 負載 測試程序 循環硬化 循環軟化 測試終止 試驗機 測試軟體 其他測試

相關標準

  • ISO 12106金屬材料 - 疲勞測試 - 軸向應變控制法
  • ASTM E606應變控制疲勞測試的標準測試方法
  • BS 7270金屬材料 – 恆定振幅應變控制疲勞測試

低週疲勞測試中的負載

低週疲勞測試中的負載包括彈性Ɛa,e和塑性Ɛa,p應變比:Ɛa,t = Ɛa,e + Ɛa,p

在彈性範圍内,應力和應變之間存在線性關係(虎克定律),而在塑性範圍内,這種關係是非線性的。這會導致遲滯循環

依據ISO 12106 / ASTM E606的低週疲勞測試以恆定振幅運行。此外,還可引入保持時間來檢查蠕變/鬆弛過程。使用三角波作為設置值,或使用梯形波作為保持時間。

如果要模擬特定的工作負載,其他應變-時間序列也是可行的。因此,低週疲勞測試也是在疊加高頻振蕩的情況下進行的。

儘管該限值不斷向上移動,但測試頻率通常低於或等於1 Hz,結果是LCF測試在不超過10 Hz的頻率下進行。

應變控制用於這些LCF測試。只有在特殊情況下,為了研究蠕變測試,在穩定的遲滯範圍或保持時間内,力控制才會發生變化。對於材料特性,通常以-1的RƐ比進行測試。

低週疲勞測試程序

仔細安裝後,將試片加熱至測試溫度。為此,試驗機處於力控制模式,設置值為0 kN。一旦達到要求的溫度,就可以連接延伸計。如果在加熱過程中,試片上已經有延伸計,就必須考慮到L0變化。現在選擇應變控制並開始測試。

初始循環特别重要,因為材料在這時可能表現出截然不同的性能。

然而,穩定的遲滯通常是在經過一定循環數後建立的。還有許多既不表現出硬化或不軟化的材料

循環硬化

一些材料在初始循環過程中經歷應變硬化,即達到設置的應變所需的力隨循環而增加。

循環軟化

其他材料表現出恰恰相反的性能;它們變得更軟,所需的力也減少。

測試結束

測試結束時的低週疲勞通常定義為穩定遲滯回歸線的力減少百分比。

由於材料的這種性能,在開始時記錄每個遲滯循環極為重要。在穩定範圍內,例如每百分之一或千分之一儲存就夠了。通常選擇對數間隔,並將力的百分比變化額外定義為儲存循環的標準。在測試即將結束時,應再次記錄每個循環。

根據ISO 12106 / ASTM E606進行的低週疲勞測試相關產品

我們用於低週疲勞測試的測試軟體

testXpert R 測試軟體根據 ASTM E606 標準用於對金屬的低週疲勞強度進行應變控制測定。 設定值一般是恆定振幅的三角波,也可以是正弦波。

應變控制需要一個合適的延伸計。 該測試通常在高溫下進行。

由於不同的材料行為、軟化或硬化,在開始時記錄所有遲滯循環非常重要。循環次數可由用戶自由定義。

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