Metallicmaterials—Testingmethodforin-planecruciformbiaxialfa2023-07-21發(fā)布2023- 3 4 5 5 5 6 8 8 8 8 9.1彈塑性載荷條件下兩軸向的應(yīng)力-應(yīng) 2 請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。4金屬材料十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗(yàn)方法題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證GB/T6398金屬材料疲勞試驗(yàn)疲勞GB/T31054機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助工程有限元數(shù)GB/T33582機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有限GB/T34104金屬材料試驗(yàn)機(jī)加載同軸GB/T36024金屬材料薄板和薄帶十字形試樣雙向拉GB/T38719金屬材料管測(cè)定雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的液壓脹形GB/Z40387金屬材料多軸疲勞試驗(yàn)GB/T40410金屬材料多軸疲勞試驗(yàn)軸向-扭轉(zhuǎn)應(yīng)變JJG556軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程雙軸疲勞試驗(yàn)biaxialfat6雙軸拉伸試驗(yàn)biaxialtens在相同頻率下，兩軸向的加載波形之間相位差為零的加載方非比例加載non-proportion在相同頻率下，兩軸向的加載波形之間存在相位差的加載方雙軸拉伸試驗(yàn)中先發(fā)生屈服的加載軸向上的多軸疲勞性能multiaxial十字形試樣測(cè)量區(qū)域在多軸比例或非比例加載下失效之前所經(jīng)歷的循4符號(hào)和說明7ab-c-C-dex軸向的工程應(yīng)變-y軸向的工程應(yīng)變-EExx軸向的彈性模量Eyy軸向的彈性模量ffcFxx軸向施加的載荷NFyy軸向施加的載荷NG-hHiIKⅠ-KⅡ-lLLxLym-N-Nf-PRReRiSxx軸向的工程應(yīng)力Syy軸向的工程應(yīng)力8sx-sy-tT-wW-x軸向的真應(yīng)變-εyy軸向的真應(yīng)變-x軸向的真塑性應(yīng)變-εypy軸向的真塑性應(yīng)變-Δεeq--θ°σxx軸向的真應(yīng)力σyy軸向的真應(yīng)力ΔσeqΦ-加載波形，測(cè)定十字形試樣測(cè)量區(qū)域的多軸比例或非比例疲勞6.2.1十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗(yàn)采用的雙軸疲勞試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合GB/Z40387的要求。可以是形和相位差，可以實(shí)現(xiàn)比例加載與非比例加載。各2——三角波；3——梯形波。程中試樣從夾具滑脫，夾具應(yīng)能夠通過螺栓固定試樣。夾具的偏心率應(yīng)不大于2%以保證加載軸對(duì)中良或優(yōu)于2級(jí)要求。所有夾具與試樣的配合面應(yīng)保持在同一高度上以避免在試驗(yàn)中對(duì)試樣施加彎矩，夾具的共面檢查應(yīng)采用符合本文件規(guī)定的夾具共面檢度過高影響傳感器的正常工作?？梢圆捎肎H46.2.4.3.2當(dāng)試驗(yàn)溫度高于500℃時(shí)，為了保證試樣裝夾的可靠性溫影響傳感器的正常工作。高溫夾具應(yīng)采用在試驗(yàn)溫度下具有足夠強(qiáng)度的高溫合金。可以采用DZ422或更高強(qiáng)度的高溫合金作為高溫夾具的材料。6.2.4.3.3在使用臺(tái)階式夾具時(shí)，試樣分別讀取x方向和y方向上的應(yīng)變值ex和ey。各軸向上的應(yīng)變值應(yīng)不超過0.001，否則應(yīng)對(duì)各夾具的高度進(jìn)行調(diào)整。應(yīng)至少每年進(jìn)行一次檢查以保證所有夾具與試樣的配合面共變計(jì)適合在較低循環(huán)周次試驗(yàn)中使用，測(cè)量的應(yīng)變量應(yīng)小于其應(yīng)變傳感器應(yīng)能同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)軸向上的動(dòng)態(tài)6.3.3.2使用非接觸視頻應(yīng)變傳感器測(cè)量應(yīng)變前，應(yīng)在測(cè)量區(qū)域噴涂均勻的散斑，散斑的噴涂應(yīng)符合6.4.2.3當(dāng)采用電阻絲或加熱棒加熱時(shí)，熱電偶不6.4.2.4應(yīng)保證至少有一個(gè)獨(dú)立于控制通道的傳感器用于測(cè)量試驗(yàn)溫6.4.2.5貴金屬熱電偶擇優(yōu)選用S型或R型，建議使用溫度大于500℃。a)能夠同時(shí)記錄兩軸向上的應(yīng)力-應(yīng)變滯b)能夠記錄溫度在試驗(yàn)中的變化情況；6.5.2每個(gè)軸向上的力-應(yīng)變數(shù)據(jù)通道的采樣速率應(yīng)盡量高以便正確的再現(xiàn)滯后回線，特別是反向應(yīng)變的區(qū)域。溫度、位移和時(shí)間數(shù)據(jù)通道的采樣頻率也應(yīng)足夠高。力-應(yīng)變數(shù)據(jù)通道每個(gè)循環(huán)至少需要采集采用的試樣包括帶有開縫結(jié)構(gòu)和預(yù)制裂紋區(qū)的雙軸裂紋擴(kuò)展十字形試樣和無(wú)開縫結(jié)構(gòu)的雙軸疲勞十字形試樣兩種，試樣的形式見7.1.2和7.1.3，試樣的推薦尺寸見附錄C。雙軸疲勞十字形試樣推薦幾何尺寸見表2。試樣總長(zhǎng)度HH≥80夾持端長(zhǎng)度WP≥17R≥0.1lRi試樣厚度II≤0.03Hi≥0.3If≥57.1.2.3.1試樣的測(cè)量區(qū)域外輪廓的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對(duì)——平行度:f≤0.015；——對(duì)稱度:i≤0.012。7.1.2.3.2試樣的測(cè)量區(qū)域內(nèi)表面的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對(duì)稱軸或基準(zhǔn)面相——平行度:f≤0.012；——對(duì)稱度:i≤0.01?！怪倍?b≤0.02；——對(duì)稱度:i≤0.015。試樣總長(zhǎng)度HH≥75l≥0.25HLx=lLy=lR≥0.1lRiP≥13L≤W夾持端長(zhǎng)度W試樣厚度II≤0.03Hi≥0.3IRe=(a-b)/2f≥5開縫條數(shù)N-N≤77.1.3.3.1試樣的測(cè)量區(qū)域外輪廓的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對(duì)——平行度:f≤0.015；——對(duì)稱度:i≤0.012。7.1.3.3.2試樣的測(cè)量區(qū)域內(nèi)表面的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對(duì)——平行度:f≤0.012；——對(duì)稱度:i≤0.01。試樣開縫和中心小孔的公差應(yīng)滿足以下要求，這些值的表述與對(duì)稱軸或基準(zhǔn)面相關(guān)：——位置度:j≤0.02；應(yīng)按第7章的規(guī)定進(jìn)行試樣制備。如試驗(yàn)存在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之外的目的（如在線原位微觀表征可不符合7.2.2～7.2.6的要求，但應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中7.2.1.2應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告附上清晰的取樣圖，取樣圖7.2.1.4應(yīng)在每個(gè)試樣的拉伸臂上標(biāo)記加工方向（如軋制方向、擠壓方向等以便在試驗(yàn)中被識(shí)別出c)材料微觀組織的變化：熱處理不應(yīng)改變被研究材料的顯微組織，熱處理及機(jī)加工的細(xì)節(jié)應(yīng)在試d)污染物的介入：應(yīng)避免腐蝕性的無(wú)機(jī)物和有機(jī)化合物損壞試樣的表面狀a)試驗(yàn)裝置受到的外部機(jī)械擾動(dòng)不能對(duì)加載試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)傳感器及其附屬電子元件進(jìn)行校準(zhǔn)，并應(yīng)符合以下c)電阻應(yīng)變計(jì)可以通過調(diào)整控制器的放大系數(shù)，結(jié)合標(biāo)8.3.1將試樣安裝在試驗(yàn)設(shè)備上，兩個(gè)加載軸方向均不施加預(yù)載荷。在緊固螺栓時(shí)應(yīng)采用對(duì)角擰緊的孔的試樣，在試樣裝夾前應(yīng)在各夾持端畫出相應(yīng)軸線的垂線并8.3.2十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗(yàn)推薦使用屈曲約束夾具以減少試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的失穩(wěn)。屈曲約束對(duì)測(cè)量區(qū)域的觀測(cè)孔，通過數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(DIC)、視頻引伸計(jì)和電阻應(yīng)變計(jì)等技術(shù)，可以直接獲得觸的區(qū)域使用潤(rùn)滑劑（如聚四氟乙烯薄膜）以降低摩擦力對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影a)當(dāng)各軸向的加載波形為三角波且0<Φ<T/4或T/4<Φ<T/2，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為斜45°矩形；b)當(dāng)各軸向的加載波形為正弦波且0<Φ<T/4或T/4<Φ<T/2，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為斜45°橢圓；c)當(dāng)各軸向的加載波形為梯形波且0<Φ<T/4或T/4<Φ<T/2，應(yīng)力或應(yīng)變路徑為六邊形；8.7.2為避免產(chǎn)生過沖，各軸向在試驗(yàn)后，應(yīng)至少保溫2分鐘后方可開始試驗(yàn)。在整個(gè)試驗(yàn)期間應(yīng)確Gmax應(yīng)小于裂紋擴(kuò)展階段。可以采用裂紋擴(kuò)展階段能量釋放率的30%~80%作為初始Gmax。如圖11所示，裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的過程中應(yīng)盡可能保持測(cè)量區(qū)域處于線彈性應(yīng)力8.8.1試驗(yàn)過程中需要監(jiān)測(cè)各試驗(yàn)控制變量，包括應(yīng)力、應(yīng)變和控制波形。其中雙軸x和y方向的應(yīng)力8.8.2在雙軸裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)中應(yīng)通過長(zhǎng)焦距（共焦）顯微鏡或CCD相機(jī)在線觀測(cè)并記錄疲勞裂紋的萌8.8.3在高溫試驗(yàn)中應(yīng)注意對(duì)試樣測(cè)量區(qū)域溫度的監(jiān)8.9.1應(yīng)記錄雙軸拉伸試驗(yàn)中的屈服8.9.2應(yīng)完整記錄試驗(yàn)開始兩軸向初始10個(gè)循環(huán)周次內(nèi)的應(yīng)軟化行為。在之后的疲勞試驗(yàn)過程中，應(yīng)對(duì)上述數(shù)據(jù)采用對(duì)數(shù)間隔的方式進(jìn)夠的裂紋長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，宜降低數(shù)據(jù)記錄的間隔以更好地監(jiān)測(cè)向失效階段的轉(zhuǎn)十字形面內(nèi)雙軸疲勞試驗(yàn)中試樣的失效主要由試樣的異常破壞和試驗(yàn)控制變量的偏差超出合理范則判定為試樣失效。試樣失效后應(yīng)調(diào)整相關(guān)的控制參數(shù)并9數(shù)據(jù)的處理與分析9.1彈塑性載荷條件下兩軸向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線應(yīng)通過雙軸拉伸試驗(yàn)結(jié)果分別計(jì)算各軸向的真應(yīng)力及真應(yīng)變以描述各軸向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。常用的應(yīng)力和真應(yīng)力/真應(yīng)變數(shù)據(jù)處理公式見附錄E?？赏ㄟ^各軸向的應(yīng)力-9.3裂紋擴(kuò)展速率與能量釋放率的關(guān)系在雙軸載荷下可能同時(shí)存在Ⅰ型和II型能量釋放率G來分析疲勞裂紋擴(kuò)展的規(guī)律。應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算應(yīng)力放率的公式及描述裂紋擴(kuò)展速率與能量釋放率的b)材料的名稱、牌號(hào)、熱處理方式、織構(gòu)及晶粒尺寸。h)試驗(yàn)中發(fā)生的不符合或者未在本規(guī)定中提及的可能影響試驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)象；A.1液壓伺服控制雙軸試驗(yàn)機(jī)A.1.1圖A.1為雙軸四缸電液伺服試驗(yàn)機(jī)。該機(jī)為立式結(jié)構(gòu)，具有良好加載。該系統(tǒng)適合應(yīng)用于各向異性材料和薄板材料的A.1.2圖A.2為包含四個(gè)液壓伺服缸的高溫雙軸拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)[1]的設(shè)備結(jié)構(gòu)。該裝置通過獨(dú)立的閉環(huán)比例控制實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓裝置的控制，每個(gè)液壓缸可以穩(wěn)定提供0-100kN的載荷。各軸的最大位移為100mm。該設(shè)備包含加熱裝置，加熱爐安裝在雙軸試驗(yàn)機(jī)的工作臺(tái)上，可以提供室溫到800℃的高溫環(huán)境并保證A.2.2圖A.4為小型面內(nèi)雙軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)配有水浴裝置和溫控裝置，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境（如水試樣的變形也主要集中在兩拉伸臂交叉處，試樣中部的實(shí)際變形量非常小，如圖B.1b)a）Mises等效應(yīng)力云圖b)在試樣的中部區(qū)域增加減薄結(jié)構(gòu)，這樣可以使試樣中部的應(yīng)力分布更加均勻，減弱拉伸臂交叉處產(chǎn)生的應(yīng)力集中，同時(shí)也可以減小因開縫對(duì)試樣強(qiáng)a）Mises等效應(yīng)力云圖H/mmLx,Ly/mmRi/mmR/mm1232373445H/mmNRi/mmR/mm1533266537947L/mmfc/mm1331266238138424D.2正弦波在不同相位差下的加載路徑見表D.1。0<Φ<T/4Φ=T/4T/4<Φ<T/2Φ=T/2D.3三角波在不同相位差下的加載路徑見表D.2。0<Φ<T/4Φ=T/4T/4<Φ<T/2Φ=T/2D.4梯形波在不同相位差下的加載路徑見表D.3。0<Φ<T/4Φ=T/4T/4<Φ<T/2Φ=T/2…………(E.1)…………(E.2)E.1.2x軸和y軸的真應(yīng)變由公式（E.3εx=ln(1+ex)…………(E.3)εy=ln(1+ey)…………(E.4)E.1.3x軸和y軸的真應(yīng)力由公式（E.5σx=Sx(1+ex)…………(E.5)σy=Sy(1+ey)…………(E.6)E.1.4x軸和y軸的真實(shí)塑性應(yīng)變…………(E.7)…………(E.8)…………(E.11)等效應(yīng)力-疲勞壽命的關(guān)系可由Manson-Coffin公式（E.12）確定：雙軸加載下的等效應(yīng)力-疲勞壽命的關(guān)系可由采用能量釋放…………(E.13)包含應(yīng)力強(qiáng)度因子KⅠ和KⅡ的能量釋放率由公式（E.14）確定[5]：…………(E.14)…………(E.17)注：為了獲得精確度更高的數(shù)據(jù)，推薦通過有限元分析方法計(jì)算KⅠ和KⅡ。裂紋擴(kuò)展的角度可由公式（E.18）確定[7]：\,\,[1]XiaoR,LiX,LangL,etal.Biaxialtensilettemperatures[J].MaterialsandDesign,2016,94:286-294.[2]ChengY,FuY,XinY,etal.{10-12}