疲勞試驗(yàn)機(jī)是一種用于模擬材料或構(gòu)件在重復(fù)載荷作用下力學(xué)性能變化的精密設(shè)備,主要測(cè)試材料、零件或結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能,即抵抗因長(zhǎng)期反復(fù)受力而產(chǎn)生損傷、裂紋直至斷裂的能力。其測(cè)試范圍廣泛,涵蓋多個(gè)行業(yè)和材料類型,具體測(cè)試內(nèi)容可分為以下幾類:
金屬材料測(cè)試
金屬是疲勞試驗(yàn)機(jī)的主要測(cè)試對(duì)象,常見(jiàn)測(cè)試包括:
拉伸疲勞測(cè)試:模擬材料在反復(fù)拉伸載荷下的性能(如螺栓、鋼筋)。
彎曲疲勞測(cè)試:通過(guò)反復(fù)彎曲評(píng)估材料抗疲勞能力(如軸類零件、葉片)。
扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試:針對(duì)承受反復(fù)扭矩的部件(如傳動(dòng)軸、彈簧)。
復(fù)合載荷疲勞測(cè)試:同時(shí)施加拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等多種載荷,模擬復(fù)雜工況(如汽車底盤零件)。


非金屬材料測(cè)試
包括塑料、橡膠、復(fù)合材料等,測(cè)試重點(diǎn)為:
橡膠疲勞測(cè)試:如輪胎、密封件的耐屈撓疲勞(需模擬溫度、濕度等環(huán)境因素)。
復(fù)合材料層間疲勞測(cè)試:評(píng)估纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的層間剝離或斷裂風(fēng)險(xiǎn)(如航空航天部件)。
塑料疲勞壽命測(cè)試:檢測(cè)工程塑料在反復(fù)受力下的脆化或開裂行為(如家電外殼、機(jī)械零件)。

構(gòu)件 / 成品測(cè)試
直接對(duì)組裝后的零件或成品進(jìn)行測(cè)試,例如:
恒幅疲勞測(cè)試
施加固定振幅的交變載荷(如正弦波、方波),記錄材料斷裂時(shí)的循環(huán)次數(shù)(即疲勞壽命 N),用于繪制材料的S-N 曲線(應(yīng)力 - 壽命曲線),是最基礎(chǔ)的疲勞測(cè)試方法。
變幅疲勞測(cè)試
模擬實(shí)際工況中載荷的隨機(jī)變化(如汽車行駛時(shí)路面的不規(guī)則沖擊),通過(guò)程序控制載荷振幅、頻率隨時(shí)間變化,更貼近真實(shí)使用場(chǎng)景,常用于零部件的可靠性驗(yàn)證。
低周疲勞測(cè)試
針對(duì)承受大應(yīng)變、低循環(huán)次數(shù)(通常 < 10?次)即斷裂的材料(如壓力容器、汽輪機(jī)葉片),重點(diǎn)測(cè)試材料在塑性變形范圍內(nèi)的疲勞行為。
高周疲勞測(cè)試
適用于小應(yīng)力、高循環(huán)次數(shù)(通常 > 10?次)下的疲勞破壞(如軸承、齒輪),測(cè)試需持續(xù)高頻率循環(huán)(可達(dá)數(shù)千次 / 分鐘),直至材料斷裂或達(dá)到預(yù)設(shè)循環(huán)次數(shù)(如 10?次視為 “無(wú)限壽命”)。
疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試
預(yù)先在試樣上制造微小裂紋,通過(guò)監(jiān)測(cè)裂紋長(zhǎng)度隨循環(huán)次數(shù)的變化,計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率,評(píng)估材料的抗裂紋擴(kuò)展能力(用于斷裂力學(xué)分析)。
許多疲勞測(cè)試需結(jié)合環(huán)境條件,模擬材料在復(fù)雜環(huán)境中的性能:
高低溫疲勞測(cè)試:在高溫(如發(fā)動(dòng)機(jī)零件)或低溫(如極地設(shè)備)環(huán)境下施加交變載荷,評(píng)估溫度對(duì)疲勞壽命的影響。
腐蝕疲勞測(cè)試:在潮濕、鹽霧或化學(xué)介質(zhì)中測(cè)試(如海洋工程設(shè)備、化工管道),研究腐蝕與疲勞的協(xié)同作用。
振動(dòng)疲勞測(cè)試:通過(guò)高頻振動(dòng)模擬交通工具(如飛機(jī)、高鐵)的振動(dòng)環(huán)境,測(cè)試部件的抗共振疲勞能力。
確定材料的疲勞極限(即材料能承受無(wú)限次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值)。
評(píng)估零部件在實(shí)際工況下的使用壽命,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持(如確保汽車零件壽命達(dá) 10 萬(wàn)公里以上)。
優(yōu)化材料配方或工藝(如通過(guò)調(diào)整熱處理工藝提升金屬的抗疲勞性能)。
驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性,降低因疲勞斷裂導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)(如橋梁坍塌、飛機(jī)事故等)。
總之,疲勞試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試核心是模擬材料在長(zhǎng)期重復(fù)受力下的損傷過(guò)程,其結(jié)果直接關(guān)系到產(chǎn)品的安全性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性,廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、機(jī)械工程、材料科學(xué)等領(lǐng)域。