加載頻率的強化:材料力學中的疲勞試驗并不是完全按照實際工況頻率進行加載的,這是由于通常的疲勞試驗中依據(jù)材料性質和用途的不同,試驗循環(huán)次數(shù)一般要達到105109次,若采用低頻循環(huán),試驗要進行少則幾個月多則幾年的時間。因此,為達到縮短試驗時間,節(jié)省試驗費用的目的,在非高頻使用工況特殊要求的條件下,疲勞試驗均采用提高加載頻率的強化試驗方法。本文試驗中參照兵器工業(yè)部非金屬材料理化測試中心對其它用途的塑料材料進行疲勞試驗的方法,確定的加載頻率為10Hz.采用上述的簡化與強化試驗雖與實際工況條件不完全一致,但在材料力學的疲勞試驗中是可以這樣進行的。
循環(huán)基數(shù):材料力學中的彎曲疲勞試驗是將試驗材料制作成若干個標準試樣,通過試驗機
調整載荷,使第一個試樣的最大應力。max約等于材料強度極限的60%左右,經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)N1后,試樣斷裂。然后使第二個試樣。max略低于第一個試樣的應力值,進行循環(huán),得到材料斷裂時循環(huán)次數(shù)N2,這樣逐步降低試樣的應力數(shù)值,得出相應的循環(huán)次數(shù)N,繪制曲線,就得到材料的疲勞曲線。實際上,這樣的試驗需要相當長的時間,也不可能無限期地進行下去,一般規(guī)定1個循環(huán)次數(shù)N0來代替無限長的持久壽命。
彎曲疲勞性能的評價方法按照試驗方案中的加載控制方式對各試樣分別進行加載彎曲,根據(jù)試驗結果,通過以下3個方面評價材料的彎曲疲勞性能:循環(huán)次數(shù)對比若在未達到10萬次之前某一循環(huán)次數(shù)時(如NA),試樣即發(fā)生斷裂,則認為該材料具有有限彎曲使用壽命,通過比較循環(huán)次數(shù)NA的大小,評價各試驗材料的彎曲疲勞性能。試樣表面觀察對比若經(jīng)過10萬次試驗,材料仍未發(fā)生斷裂,則觀察試樣表面是否有裂紋、折痕等破壞現(xiàn)象,若試樣表面完好,則認為該材料在試驗載荷下具有無限長的持久壽命。
應力下降水平對比通過動態(tài)力學試驗機顯示的應力變化,可得到各試樣的初始最大應力max.試驗過程中,隨著彎曲次數(shù)的增加,材料的強度逐漸降低,彎曲最大應力亦隨之下降。經(jīng)10萬次彎曲后,測得此時各試樣的最大應力值,根據(jù)最大應力下降幅度,評價各試樣的彎曲疲勞性能。
提高網(wǎng)箱框架管材彎曲疲勞強度的措施機械和工程中對構件疲勞破壞實例的研究及對疲勞破壞起因的分析都說明,應力集中是發(fā)生疲勞破壞的主要原因。因此,提高構件疲勞強度的主要措施是盡可能消除或改善應力集中。PE管材作為網(wǎng)箱框架使用的特殊工況條件下,消除應力集中和提高彎曲疲勞強度則應注意以下幾個方面:(1)通過管材生產過程的控制,提高管材壁厚的均勻度,消除由于管材壁厚不均所帶來的應力集中;(2)避免使用帶有氣泡、裂痕和凹陷等缺陷的管材,因為材料的疲勞破壞多由缺陷處擴展所致;(3)在管材上開孔、溝、槽等極易導致應力集中,因此應盡量避免管材的機械加工;(4)在網(wǎng)箱框架運輸、焊接、安裝等過程中,應盡量避免表面遭受機械損傷或化學損傷。