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GB／T 3075-2021 金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法.pdf

用于研究的设计和结果的使用，决定了从许多可用的、图形化的和其他方式的结果中选择最合适的 方法。疲劳试验的结果通常用图形表示。在报告疲劳数据时，宜明确规定试验条件。除了图形表示外， 在表示格式允许的情况下，表格数字数据也是可取的

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图4应力幅（S.）与平均应力（S.）的曲线[Haigh图

419.PTC预应力管桩在软土地基处理中的施工工艺(摘录自《山西建筑》06年22期第127-128页)GB/T 30752021

图5最大应力（Smm）和最小应力（Smm）与平均应力（S.）的曲线Smith图

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图6最大应力（Smax）与最小应力（Smin）的曲线[Ros图

通常采用如图7所示的具有完全机加工的光滑圆柱标距的试样类型。 试样宜满足如下： 在平行部位和夹持端之间具有切向过渡圆弧或者夹持端间连续半径（例如“漏斗型”试样）的圆 形横截面，即圆形横截面试样，或称为圆形试样； 在平行部位和夹持端之间具有切向过渡圆弧或者夹持端间连续半径的均匀厚度的矩形横截 面，即矩形横截面试样，或称为板状试样（见图8）。 通常称为“漏斗型”的试样可谨慎使用。在这些试样中，夹持端与圆形试样的最小直径或与板状试 样最小宽度之间有一个连续的圆弧。与光滑等直径或等宽度试样在标距部分材料承受等应力不同，漏 斗型试样在最小横截面的薄平面单元受力。因此，产生的疲劳结果可能不代表大块材料的响应，特别是 在长寿命疲劳状态下，夹杂物控制高硬度金属的行为，并且从表面到次表面存在双重裂纹萌生9]。事实 上，这种结果可能是非保守的，特别是在寿命较长的情况下，其中最大的微观不连续可能不在最大应力 的平面截面上。 需要注意的是，对于矩形截面的试样，可能需要在宽度和厚度上要求同时减小试验截面。如果这 样，在宽度和厚度方向均要求过渡圆弧。同样，当矩形横截面试样要求考虑材料在实际应用时的表面条 牛时，试样试验部位的至少一面宜保持未加工状态。通常情况下，由于矩形试样很难获得较小的粗糙度 或者在矩形横截面的拐角提前萌发疲劳裂纹，采用矩形横截面试样进行的疲劳试验，其结果一般与圆形 试样没有可比性

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注2：垂直皮要求适用于对中的夹持部分

5.2.1棒材和厚度大于5mm板材

试样的标距部分代表研究的材料的体积元素，也就是试样的尺寸不应影响结果的使用。 试样的几何尺寸应满足下列条件： 提供均匀的圆柱形标距部分； 减小压缩时的屈曲风险，以避免在过渡半径处发生失效； 一 在整个标距部分提供均匀的应力（或应变）分布。 在过渡半径处或标距截面上的其他地方加工平行长度时，不应出现咬边。可使用光学比较仪以合 理的放大倍数（例如10倍25倍）检查该特性，以确保其真实性。 考虑到这些要求、天量实验室获得的经验（见参考文献L10」～L19])以及不同类型试样的计算结果， 推荐采用以下几何尺寸，见图7。 推荐试样的几何尺寸如表1所示

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只要能保证标距长度的应力均匀分布，其他儿何形状的横截面和标距长度也可以使用。 推荐的夹持端连接方式如下： 光滑圆柱连接（液压夹紧）； 一台阶试样连接。 试验夹具宜定位试样，提供轴向对中，并消除间隙。试验夹具的设计将取决于试样端部细节。图9 给出了一些示例。 不推荐使用可能依赖于螺纹的疲劳试样设计

一般而言，上述段落中讨论的考虑因素也适用于板材的试验。然而，这些试验需要特定的儿何结机 和夹具，以避免届曲问题。 由于一般施加较小的力，需要用更灵敏的力传感器。夹持系统可能需要使用扁平的机械或液压钳 口。但是，对于后一种装配类型，很难确保正确对中。 通常，会通过缩减试样标距长度段的宽度来避免在夹持部位失效。在一些应用中，可能有必要在夹 持端增加衬板，以增加试样夹持部位的厚度，避免在夹具内失效（图10）。 如果板状试样位于具有平行边钳口的钳口内，则宜注意确保它们在钳口内居中对齐。做标记或定 位可能有助于实现这一点

5.2.2.2厚度2.5mm~5mm的板材

可以在没有防屈曲约束的情况下进行这些试验。 板状试样的可能几何形状如图8所示

5.2.2.3厚度小于2.5mm板材

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b）增强型台阶连接夹具

b）增强型台阶连接夹具

）光滑（圆柱形）连接夹具

图9多种试样装夹装置示意图

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图10板状试样的夹持示意图

图11板状试样的抗屈曲的约束装置

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5.3. 1 一般要求

在任何一个旨在表征材料固有特性的疲劳试验程序中，试样的准备遵守下列建议是很重要的。如 果试验目的是为了确定与这些不符合的规定因素（如表面处理、氧化等）的影响，允许有一些偏离。任何 情况下，这些偏离应在试验报告中注明

5.3.2试样加工程序

选择的加工程序可能会在试样表面产生残余应力，从而影响试验结果。这些残余应力可能是在机 工阶段的热梯度或材料的变形或微观结构的变化引起的。在高温试验时，产生的残余应力可能部分 交者全部释放，因此残余应力的影响很小。然而，选择合适的机加工流程（特别是在最后的抛光阶段前） 减小残余应力。对于较硬材料，首选磨削，而不是车削或者铣削加工。 磨削：从离最终直径的0.1mm开始，进刀量不超过0.005mm/次。 抛光：用逐次变细的砂纸处理掉最后的0.025mm。建议最后的抛光沿着试样的轴向。 注1：材料微观结构的改变可能是由于温度升高和机加工中的应变硬化所导致。可以是组织中相的改变，更多的 情况是样品表面发生再结晶。由于试验的材料不再是初始状态，上述微观结构改变将直接导致试验结果无 效。因此，宜采取一切预防措施以避免这种风险。 注2：部分元素和化合物的存在会使特定材料的力学性能下降，例如氯和氢对钢和钛合金的影响。因此，在使用的 原料（切削液、清洁液如醇、酸性化合物等）中宜避免包含这些元素。建议在存储试样前进行清洗和脱脂 处理

5.3.3取样和试样标识

试验时，从半成品或者构件的被测材料上的取样方式是影响结果的主要因素。因此取样时有必要 了解取样部位的全部信息。在试验报告中附上取样图，并宜清晰地标明： 每件试样的取样位置； 半成品的特征方向（轧制，挤压以及其他方向）； 每件试样的标记/标识符， 在每一个试样准备的不同阶段，试样都应有一个标识符号。这样的标识符号可以采用可靠的方法 标记在一些机加工过程中不容易丢失或者不影响试样数据的表面上（例如试样的端部）

5.3.4试样的表面状态

试样的表面状态对试验结果有影响。这类影响一般都和以下一个或者多个因素相关： 试样的表面粗糙度； 残余应力的存在； 材料微观结构改变； 杂质的引人。 以下的建议会让上述影响减至最小。 表面状态通常采用平均粗糙度或者类似的指标进行量化。这些参数对所得结果的影响很大程度在 试验条件，而且由于试样的表面腐蚀或者塑性变形可以减小上述因素的影响。因此无论试验条件如 可，都宜规定表面粗糙度不大于Ra0.2um，见GB/T3505和GB/T10610。 另一个不能被平均表面粗糙度所掩盖的重要参数是局部的机加工刮伤的存在。圆形试样的最后工 宜消除在车削工序中产生的圆周方向上划痕。特别建议在磨削之后进行纵向的抛光，抛光后再进行 低倍（大约20倍）检查，试样测试长度内不应有圆周方向的划痕。

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如果试样在粗加工后要进行热处理，最好在热处理后进行最终的抛光处理。否则热处理宜在真空 或惰性气体中进行，以防试样氧化。热处理不应改变所研究材料的微观结构特性。热处理条件和加工 程序应与试验结果一起报告。

肌加工阶段用不改变试样的表面状态的测量方法

5.3.6试样的保存和处

推荐采用独立的包装盒或带封头 的管保存试样。在某些情况下，在真空容器或放有硅胶的干燥器中保存试样是必要的 宜尽可能减少试样处置。应特别注意标记试样。试验前，应在试样的每一端进行标识

试验应在拉压试验机上进行，试验过零时平滑稳定。试验机应有较高的侧向刚度和较好的同轴度。 完整的试验机加力系统（包括力传感器，夹具和试样）应该具有较高的侧向刚度，并且具备施加要求 波形循环时的控制和测量力的能力。 试验机测力系统应按照GB/T16825.1进行静态校准，其准确度应为1级或优于1级。应确保动态 力测量误差不超过所需测力范围的土1%。建议使用GB/T25917.1或JJG556作为检查方法。 注1：由于力传感器单元和测试试样的质量引起的动态（惯性力)误差是非常重要的。惯性力等于夹持质量乘以实 测加速度。表示为力范围百分数的惯性力误差，可以认为是随频率的平方变化的，并且受试样柔度的影响很 大。试验机（刚体）随基础连接的共振是主要的误差源。 用于动态试验配备专门的力传感器、夹具和连接副的试验机，和应变片试样或者和检测试样具有相 近柔度的动态传感器，宜在各个相关的频率范围进行动态力值的校准。 注2：为了避免动态力误差超过力值范围的土1%，有必要建立一个误差表来修正试验机的动态力范围 试验机应配置1%准确度的循环计数器系统，并应具有防过冲装置或软件设限以便当试样失效时 停止试验。 当试验过程涉及循环拉压时加载链应无间随

在刚性系统中不同轴通常由夹具的角偏置或侧向偏置或两者的组合引起。由于刚性夹持系统的不 同轴造成的弯曲通常来源于以下： a）试样夹具的角度偏置； b）在理想刚性系统中的加力杆（或者试样夹具）的侧向偏置； C） 非刚性系统的加力链装配的偏置； d）伺服液压机驱动杆中轴承的侧隙。 根据GB/T34104的要求，在每次系列试验之前以及任何时候加载链发生变更时，都应检查试验机 的对中情况.试验机的同轴度应不大于5%

力传感器应具有足够的侧向和轴向刚度。它的量程和等级应适合试验时施加的力。在自动化系 计算机输出设备上显示并记录的力，或者在其他非自动化系统中最终的输出力应在规定的真实力

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允许变化范围内。力测量装置的量程应 器应能够进行温度补偿并且没有大的零漂，温度灵敏度变化每摄氏度不大于满量程的0.002%

详屈曲。夹持装置应确保6.2规定要求的同轴度；因此有必要限制组成夹持装置的部件数量，把机械连 接的数量减至最少。 夹持装置应保证试样安装的可重现性，并应由表面保证试样的同轴度，且在试验过程中能平稳的传 递拉伸和压缩力

试验通常在室温（10℃～35℃）下进行。在高温和低温试验中，应完整记录试样的温度。试样 度可使用接触试样表面的热电偶进行测量，或使用最大允许误差在士2℃以内的其他测温装置。 式验过程中发生超出温度范围情况，应在试验报告中注明

试验机和所用的控制和测量系统宜定期检定或校准。尤其是，每一传感器和与之相连的电子设备 经常应作为一个整体检定。 温度测量系统应根据相关标准进行校准

试样宜仔细安装，试样定位在上下夹头间以保证轴向加力，同时可施加预定应力模式。对于矩形横 我面试样，保证力均匀分布在试样横截面上。夹具设计要保证圆形试样在两端螺纹连接时不会由于锁 紧螺母的紧固而产生的扭转应力施加在试样上。在一些场合使用螺纹试样，配合平面和同轴面上的一 部分力沿着螺纹分布能减小夹紧扭矩。

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力循环的频率取决于所使用的试验机类型，在许多情况下取决于试样的刚度。 频率的选择应取决于材料、试件和试验机组合。如果频率取决于试样和试验机组合的动态特性，就 有必要在试验前测量试样的刚度。 注1：轴向力控制疲劳试验机一般使用的频率范围大约为1Hz～300Hz。 在高频率时，试样会产生较大热量，从而影响疲劳寿命和疲劳强度的试验结果。如果试样发热，建 议降低试验频率。如果试样温度超过35℃，应在报告中注明。 注2：如果环境影响显著，试验结果可能依赖于频率

频率的选择应取决于材料、试件和试验机组合。如果频率取决于试样和试验机组合的动态特性，就 有必要在试验前测量试样的刚度。 注1：轴向力控制疲劳试验机一般使用的频率范围大约为1Hz～300Hz 在高频率时，试样会产生较大热量，从而影响疲劳寿命和疲劳强度的试验结果。如果试样发热，建 义降低试验频率。如果试样温度超过35℃，应在报告中注明。 注2：如果环境影响显著，试验结果可能依赖于频率

一组试样中的每个试样加力程序应保持一致。平均力和力值范围应该保持在力值范围的士1%内。

程中，应记录每天的最大和最小空气温度和湿度

13失效判据和试验终止

除非另有协议，失效判据应是试样断裂。 注：在一些特殊应用中，其他的判据，例如，可见的疲劳裂纹的出现、试样的塑性变形、裂纹的传播速率或者频率 变都可以采用

当试样失效或达到预定的循环周次时，终止试验。

试验报告应包括以下信息： a）本文件编号； b） 被测材料的冶金特性，拉伸性能和试样的热处理制度； c） 试样在母材上的位置； d） 试样的形状和公称尺寸； e） 试样的表面状态。 对于每个试样，试验报告应包括下列信息： 横截面尺寸； 施加的最大和最小力； 施加的应力条件； 频率和疲劳寿命； 所用试验机的类型、序列号、试验力单元和序列号，标号和加力链描述；

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试样温度《建筑施工组织设计规范》GB T50502-2009，如试样发热（例如天于35℃）； 最大和最小的空气温度和相对湿度； 试验结束的判据，例如持续时间（例如，10°次），或试样失效，或其他判据； 一任何特殊的观测现象或者所要求试验条件的偏差。 另外，试验结果可以图形方式表达

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龙潭路住宅小区成品保护施工方案.doc表A.1本文件章条编号与ISO1099.2017章条编号对照（续

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