疲劳测试验证材料和组件的长期应用耐久性

当一种材料用于组件或产品时，疲劳寿命在实际应用中是一个重要的考虑因素。在循环加载过程中，大多数材料最终都会失效。材料的寿命(失效前)取决于力和应力的应用。

为什么复合材料疲劳测试很重要

为了预测潜在的失效，了解产品或材料的使用寿命和收益递减，预测结构的疲劳寿命是很重要的。通过真实模拟测试分析材料的疲劳性能通常是避免产品生命周期各部分收入损失的有效过程。了解金属疲劳已有悠久的历史和理论基础，但复合材料具有独特的属性，因此疲劳测试必须考虑这些属性。

复合材料的疲劳性能

虽然有些复合材料在所有方向上都具有相同的性能，例如环氧树脂成型化合物，但大多数复合材料是非各向同性的。使用这些复合材料进行设计需要考虑各个方向的静态和疲劳载荷。

在面内纤维方向上，复合材料具有较强的硬度。在这个方向上，静态属性通常会限制设计。在面内方向上，由于纤维可以抑制裂纹，疲劳性能优于单调材料。因此，平面内设计通常受到强度的限制，而不是疲劳。

大多数复合材料结构被设计成具有较低的平面外载荷。然而，也有具有大弯曲应力的材料应用，如叶片、喷气发动机风扇、直升机转子和风力涡轮机。这些叶片在使用过程中可能会经历极高的疲劳，需要测试。

在疲劳试验中，应力通常以恒定的振幅和正弦波形施加。其他波形也可以应用，但正弦波形在工业中最常见。在谱疲劳中，载荷被用来模拟材料在使用中看到的载荷状态。振幅以一种模拟在实际部件中观察到的方式变化。如果疲劳裂纹尖端周围的区域是加工硬化，这可能是重要的。连续纤维聚合物复合材料的情况通常不是这样，因此谱疲劳不是复合材料疲劳测试的常规方法。

ASTM D3479测试

ASTM D3479是拉力-拉力的标准复合材料疲劳试验．测试方法是采用标准的ASTM D3039拉伸偶联，并施加循环载荷。高负荷与低负荷之比为10:1。这可以用0.1的R比值来描述。R比值是低应力除以高应力。试验一般在应力应变曲线的弹性区域进行。试验速率的选择使材料不会自热。通常使用5到10赫兹。热电偶常与试样连接以监测自热情况。主动冷却，如风扇，可以用来提高测试速率，允许的自加热应由测试请求者指定。

如何进行复合疲劳测试

和大多数人一样机械测试，标本制备是至关重要的。对于拉力-拉力测试，应使用负载引入卡扣，以防止夹紧区域的磨损和负载不均匀。边缘的表面光洁度应与实际一样光滑。试样的角度应与纤维的方向正确。

CMH17，复合材料和飞机使用的设计手册，建议表征开孔和轴承疲劳，以帮助理解关节行为。这些试验可以在不同的R比下进行，如0.2或完全反向，R=-0.1。在完全反转的情况下，根据ASTM D6484，试样通常用侧面支撑夹具支撑。裸眼疲劳试验的具体细节见ASTM D7615。在El188金宝搏手机端ement，我们将CMH17手册中的考虑因素考虑到我们的测试中，并对复合材料进行了全面评估。

有时定义失败标准是很重要的。当样本不再承载载荷，最终变成两半时，它显然已经失败了。然而，有些试件只是逐渐变形，因此有时破坏准则中需要定义一个最大变形或位移。

冲击损伤层合板疲劳试验

冲击损伤层合板的疲劳测试也很有趣。设计师需要知道撞击等事件的损坏是否会在使用过程中传播。为了帮助考虑这一点，标本受到了小的影响。这些会造成所谓的BVID损伤，几乎看不见的撞击损伤。之所以选择这种程度的损坏，是因为它可以被飞机上的维修人员观察到，即使它很小。通过疲劳测试这个损坏的区域，可以确定损坏是否会在服务中增长。这些疲劳试验常在夹芯梁弯曲时进行。

这种材料的疲劳试验可以继续进行，没有试样失效。测试请求者将指定一个预设的最大循环数，通常称为“耗尽”。对于复合材料来说，这通常是一百万次循环。当试件达到跳动时，试验结束，剩余强度试验或其他无损评估可以进行。

了解疲劳裂纹是如何扩展的

了解疲劳裂纹如何在材料和结构中扩展是断裂力学科学的一部分。为了帮助理解疲劳行为，采用了一套测试来表征不同开启模式下的裂纹。双悬臂梁试件一端有分层，并逐渐被拉开。ASTM D5568中描述的静态试验提供了拉伸模式、模式1或GiC下应变能释放率的值。模式一的疲劳试验方法是ASTM 6115。这测试了在不同水平的裂纹能量下开始裂纹扩展的循环次数。通过在不同的G水平下进行起裂韧性测试，专家们绘制了一条G - N曲线。由此可计算应变能、裂纹扩展速率或D a / D N。

通过弯曲一个缺口试样，称为末端缺口弯曲或ENF，裂纹可能开始在剪切中传播，给出一个模式二应变能释放率或Giic。静态模式2试验是ASTM D7905。模态2的疲劳测试版本还没有标准化，但通常遵循模态1的方法。

复合疲劳测试最佳实践

在大多数情况下，进行疲劳测试以生成S ' N曲线。这是循环次数与压力的曲线。在对数绘制时，这是一条获得SN曲线的直线，至少应该测试12个试样，至少有3或4个不同的应力水平。样本越多，这条曲线的分辨率越高。

疲劳试验是评估材料耐久性的重要步骤。这一过程应在结构在使用时可能发生的极端环境下进行。这包括高低温测试和复合材料的水分含量。如果主要负荷是热负荷，则可以进行热循环。

由于有多种测试可能性，建议在对产品和材料进行疲劳测试时聘请专家。在El188金宝搏手机端ement，我们拥有全球的能力和专业知识，可以帮助您满足所有主要行业的疲劳测试需求，以满足先进的质量标准。

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