亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法
技术领域：
本发明属于材料疲劳寿命试验技术，涉及一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法。
背景技术：
材料在轴向加载、旋转弯曲加载和扭转加载等交变载荷作用下会表现出疲劳现象。应力-寿命(s -N)方程是表征材料在应力控制加载条件下的疲劳强度的常用手段。通常通过以下的步骤获得S - N方程在不同的应力水平下通过在疲劳试验机上对材料试样进行疲劳试验，得到试样的应力水平数据和疲劳寿命数据的疲劳数据对；然后，采用下述 方法对获得的疲劳寿命-应力数据对进行处理，以获得S -N曲线及方程。参见图1，它给出一个常规疲劳数据对处理方法的实例。图中，横轴代表材料的疲劳断裂寿命，纵轴代表施加的应力，图中施加的应力水平范围为360Mpa 550MPa。在每一级应力水平下，在一定的寿命范围内分布有多个与疲劳数据对对应的数据点。其中，黑点表示试验直到断裂的试验点，称为断裂点。空心方框点表示溢出点，数字“2”指代的溢出点表示在380MPa的条件下2根试样至IO7循环周次未断并采取停机处理，数字“5”指代的溢出点表示在5根试样至IO7循环周次未断并采取停机处理。对于溢出点的处理一般采取两种方法。在一种方法中，考虑到溢出点不是试样的实际断裂寿命，因此直接将其舍去，这会造成数据的浪费，因为溢出点往往代表测试成本最高的数据点；同时,这种有意的选择性的舍弃造成了出现溢出点的应力水平的寿命大大低于实际的寿命值。在第二种方法中，将溢出点视为在IO7循环周次断裂的断裂点，与其他断裂点一起处理。但是，由于溢出点的实际断裂寿命可能分布于从IO7到无穷大的广泛的范围内，因此这种处理方法造成疲劳极限值偏低。图I中的曲线A即按照第二种方法得出的处理结果。从图I中可以看出，第二种处理方法得到的与最低一级应力水平对应的疲劳寿命一般低于IO7循环周次，这明显低估了材料的疲劳寿命。当这样处理的数据被应用于诸如航空发动机等结构设计中，会造成效率的低下。

发明内容
本发明的目的是提出一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法，以避免浪费数据和低估材料的疲劳寿命。本发明的技术解决方案是一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法,对某种材料的试样按照《金属旋转弯曲疲劳试验方法(GB/T4334-87)》、《金属高温旋转弯曲疲劳试验方法(GB/T 2107-1980)》和《金属轴向疲劳试验方法(GB/T 3075-1982 )规定的方法进行材料高周疲劳性能测试，获得试样的应力水平数据和疲劳寿命数据的疲劳数据对，疲劳寿命数据包括①低于预定疲劳寿命的断裂点数据；②大于等于预定疲劳寿命的溢出点数据；其特征在于，处理的步骤如下I、求材料的疲劳极限I. I、疲劳极限数据配对找出所有的溢出点数据，针对每个溢出点数据，寻找应力水平比该溢出点数据高一级的断裂点数据，若有，则将该溢出点数据与该断裂点数据配对作为一个疲劳极限数据对；若没有，则舍弃该溢出点数据；至少应保证有3个疲劳极限数据对；I. 2、求疲劳极限值求出所有疲劳极限数据对的应力水平的平均值作为疲劳极限值；2、疲劳寿命数据预处理对于不包括溢出点数据的疲劳数据对中的疲劳寿命数据做如下处理对于同一应力条件下的Hi个疲劳寿命数据先做以10为底的对数化处理，然后做平均化处理，得到预处理后的疲劳寿命数据，Hi为同一应力条件下的试样个数，Hi不小于3，i表示应力条件的序号，不同序号的应力条件下施加的应力值不同；3、求疲劳寿命曲线中的截距B1和斜率B2:将预处理后的疲劳极限值作SB3代入公式IogN = B^B2Iog(S-B3)，................................................[I]式中，S为应力水平数据，N为疲劳寿命数据，将所有预处理后的疲劳寿命数据代入公式[I]，进行线性拟合处理，获得疲劳寿命曲线中的截距B1和斜率B2,每个预处理后的疲劳寿命数据代入公式[I]的次数为h。本发明的优点是提出了一种更加合理的材料疲劳寿命试验数据的处理方法，避免了浪费高成本获得的数据和低估材料的疲劳寿命。


图I是一种常规的疲劳数据处理方法的处理结果曲线。图2是本发明一个实施例的疲劳数据处理结果曲线。
具体实施例方式下面对本发明做进一步详细说明。本发明提供一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法，对某种材料的试样按照《金属旋转弯曲疲劳试验方法(GB/T 4334-87)》、《金属高温旋转弯曲疲劳试验方法(GB/T 2107-1980)》和《金属轴向疲劳试验方法(GB/T 3075-1982)》规定的方法进行材料高周疲劳性能测试，获得试样的应力水平数据和疲劳寿命数据的疲劳数据对，疲劳寿命数据包括①低于预定疲劳寿命的断裂点数据大于等于预定疲劳寿命的溢出点数据；其特征在于，处理的步骤如下I、求材料的疲劳极限I. I、疲劳极限数据配对找出所有的溢出点数据，针对每个溢出点数据，寻找应力水平比该溢出点数据高一级的断裂点数据，若有，则将该溢出点数据与该断裂点数据配对作为一个疲劳极限数据对；若没有，则舍弃该溢出点数据；至少应保证有3个疲劳极限数据对；I. 2、求疲劳极限值求出所有疲劳极限数据对的应力水平的平均值作为疲劳极限值；2、疲劳寿命数据预处理对于不包括溢出点数据的疲劳数据对中的疲劳寿命数据 做如下处理对于同一应力条件下的Hi个疲劳寿命数据先做以10为底的对数化处理，然后做平均化处理，得到预处理后的疲劳寿命数据，Hi为同一应力条件下的试样个数，Hi不小于3，i表示应力条件的序号，不同序号的应力条件下施加的应力值不同；3、求疲劳寿命曲线中的截距B1和斜率B2:将预处理后的疲劳极限值作SB3代入公式IogN = B^B2Iog(S-B3)，................................................[I]式中，S为应力水平数据，N为疲劳寿命数据，将所有预处理后的疲劳寿命数据代入公式[I]，进行线性拟合处理，获得疲劳寿命曲线中的截距B1和斜率B2,每个预处理后的疲劳寿命数据代入公式[I]的次数为h。本发明的工作原理是在疲劳数据的处理方法中，找出所有的溢出点数据，针对每个溢出点数据，寻找应力水平比该溢出点数据高一级的断裂点数据，若有，则将该溢出点数据与该断裂点数据配对作为一个疲劳极限数据对；若没有，则舍弃该溢出点数据。这样，与常规的主动通过升降法求疲劳极限的方法不同，即使对于通过散点法得到的疲劳数据点，也可求出材料的疲劳极限。 另外，区分出现溢出点的应力水平和不出现溢出点的应力水平。将出现溢出点的应力水平下的试验数据舍弃。然后，将保留下的不出现溢出点的应力水平的数据带入下一阶段的处理中。进行这种区分的目的是为了保证在本发明的数据处理方法中不出现任何寿命存疑点。在现有技术中，为了计算材料的疲劳极限，这些寿命存疑点是无法避开的。这正是本发明显著优于现有的数据处理方法的特点。然后，求出同一级应力水平下的疲劳数据的加权平均值并计算该应力水平条件下的应数据点，将得到的加权平均值视为数量为上述的数据点数的试验数据并将其带入下一处理阶段。进行这种处理的原因如下。由于高周疲劳受到材料缺陷等内在因素和各种试验扰动等外在因素的影响，因此材料的数据往往十分分散。在这种情况下，对于数据的拟合往往导致计算程序误断数据的线性趋势，从而导致数据处理错误。由于平均化处理可以大大降低材料疲劳数据的分散性，因此，平均化处理可以大大减少这种误断情况的发生。并且，由于这种平均化处理考虑每一级应力水平的疲劳寿命的权重，因此这种平均化处理对于材料的均值疲劳数据处理结果没有任何影响。在本发明的分步处理中，所有包含溢出点数据的应力水平均不参与线性拟合处理。因此，线性处理中包含应力水平范围较窄而涉及的寿命范围较宽。因而，在不采用加权平均方法的情况下，寿命与应力的关联性较差，从而造成拟合参数的大范围波动。因此，对于本发明的分步处理方法，这种加权平均的算法的优点更加明显。通过上述相互密切关联的各环节，可以得到合理评价材料的疲劳特性的疲劳方程。下面参照附图详细描述本发明的实施例。实施例首先，在步骤SI中，参照《金属高温旋转弯曲疲劳试验方法》，通过旋转弯曲疲劳试验机对于航空用钛合金B进行旋转弯曲疲劳试验，试验在英国拉批尔公司制造的悬臂弯曲疲劳试验机上进行，加载方式为悬臂旋转弯曲，试验机转速5000转/分钟，旋转周次由计数器自动记录。试验温度为300° C。选取不同的应力水平进行测试，从而获得序号为从I到21的共21个数据对，每个数据对包括应力值和寿命Nf，见下表I。其中，序号14、15、19、20、21为溢出点数据。通过这些数据对绘制应力-寿命图。在图2所示的应力-寿命图中，
权利要求
1. 一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法，对某种材料的试样按照《金属旋转弯曲疲劳试验方法(GB/T 4334-87)》、《金属高温旋转弯曲疲劳试验方法(GB/T 2107-1980 )和《金属轴向疲劳试验方法(GB/T 3075-1982)》规定的方法进行材料高周疲劳性能测试，获得试样的应力水平数据和疲劳寿命数据的疲劳数据对，疲劳寿命数据包括①低于预定疲劳寿命的断裂点数据；②大于等于预定疲劳寿命的溢出点数据；其特征在于，处理的步骤如下 I. I、求材料的疲劳极限 I. I. I、疲劳极限数据配对找出所有的溢出点数据，针对每个溢出点数据，寻找应力水平比该溢出点数据高一级的断裂点数据，若有，则将该溢出点数据与该断裂点数据配对作为一个疲劳极限数据对；若没有，则舍弃该溢出点数据；至少应保证有3个疲劳极限数据对； I. I. 2、求疲劳极限值求出所有疲劳极限数据对的应力水平的平均值作为疲劳极限值； I. 2、疲劳寿命数据预处理对于不包括溢出点数据的疲劳数据对中的疲劳寿命数据做如下处理对于同一应力条件下的Iii个疲劳寿命数据先做以10为底的对数化处理，然后做平均化处理，得到预处理后的疲劳寿命数据，Iii为同一应力条件下的试样个数，Iii不小于3，i表示应力条件的序号，不同序号的应力条件下施加的应力值不同； I.3、求疲劳寿命曲线中的截距B1和斜率B2 :将预处理后的疲劳极限值作为B3代入公式 IogN = B^B2Iog(S-B3)，................................................[I] 式中，S为应力水平数据，N为疲劳寿命数据，将所有预处理后的疲劳寿命数据代入公式[I]，进行线性拟合处理，获得疲劳寿命曲线中的截距B1和斜率B2，每个预处理后的疲劳寿命数据代入公式[I]的次数为叫。
全文摘要
本发明属于材料疲劳寿命试验技术，涉及一种材料疲劳寿命试验数据的处理方法。其特征在于，处理的步骤如下求材料的疲劳极限；疲劳寿命数据预处理；求疲劳寿命曲线中的截距B1和斜率B2。本发明提出了一种更加合理的材料疲劳寿命试验数据的处理方法，避免了浪费高成本获得的数据和低估材料的疲劳寿命。
文档编号G01N3/00GK102798568SQ20121026602
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者李影, 于慧臣 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院