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GB／T 40410-2021 金属材料 多轴疲劳试验 轴向-扭转应变控制方法.pdf简介：

GB/T 40410-2021 标准是中国关于金属材料的多轴疲劳试验方法标准，其中轴向-扭转应变控制方法是一种特殊的疲劳测试技术，用于评估材料在复杂应力状态下的疲劳性能。这种方法主要用于模拟实际工况中的复合应变，如在扭转和轴向载荷下，材料可能同时经历弯曲、扭转和拉伸等复杂变形。

在该方法中，试样通常被安装在试验机上，能够同时施加轴向力和扭转力。轴向-扭转应变控制方法通过精确控制轴向应变和扭转应变，来模拟材料在不同工作条件下的响应，如在机械零件中的旋转和拉伸。通过记录和分析试样在重复循环加载下的应变-疲劳寿命曲线，可以评估材料的疲劳强度、疲劳寿命和疲劳裂纹扩展行为。

这种测试方法对于理解金属材料在复杂应力环境下的性能至关重要，特别是在飞机、汽车、船舶等高载荷应用中的材料选择和设计。

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下列文件中的闪容通过， 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于 本文件。 GB/T228.1 金属材料拉伸试验货 第1部分：室温试验方法 GB/T228.2 金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法 GB/T6394 金属平均晶粒度测定方法 GB/T7314 金属材料室温压缩试验方法 GB/T10623 金属材料 力学性能试验术语 GB/T12160 金属材料 单轴试验用引伸计系统的标定 GB/T 12443 金属材料扭矩控制疲劳试验方法 GB/T 16825.1 静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与 校准 GB/T 25917.1 单轴疲劳试验系统 第1部分：动态力校准 GB/T26077 金属材料疲劳试验 轴向应变控制方法 JJG556车 轴向加力疲劳试验机 JJG762 引伸计检定规程

GB/T10623和GB/T26077界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 轴向应变axialstrain 引伸计标距长度的伸长量△L与引伸计标距长度L的比值，用式（1)计算 E=△Lg/ L? · (1 注：参考工程应变中的轴向应变定义。

GB/T10623和GB/T26077界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 轴向应变axialstrain 引伸计标距长度的伸长量△L与引伸计标距长度L。的比值，用式（1)计算 E=△Lg/ L? · (1 注：参考工程应变中的轴向应变定义。

GB/T40410—2021

DB34／T 3750-2020 综合管廊运维数据规程.pdf剪切应变shear strain

日加载在圆柱试样上的扭矩产生，参考工程剪切应变。除剪切位移不一样，其他都类似于轴向应变，剪切位 移与引伸计标距方向垂直而不是平行（见图1）

注：图中符号及其说明见表

图1扭矩作用下圆柱试样引伸计标距内的扭转崔

注2：剪切应变与相对引伸计标距方向的扭转角之间的关系见式（3）： =tany ·（3） 式中： 亚一一沿着引伸计标距方向的扭转角。 注3：式（4)给出了用弧度表达的θ、圆柱试样外径d，以及引伸计标距长度L表达的剪切应变： Y=(d/2)0/L 式中： 一一剪切位移△L，对应的扭转角。 △L。通过使用校准的扭转引伸计可以直接测量，或者由弧长公式△L，=（d/2)6求得，θ值通过施 量差动变压器直接测量

双轴应变幅值比biaxialstrainamplituderatio

剪切应变幅值入，与轴向应变幅值ε。的比，用式（5)计算

轴向应变和剪切应变之间的相位角phaseanglebetweenaxialandshearstrains 轴向应变波形与剪切应变波形之间的相位夹角，这两个波形为相同类型，如同为三角波或同为正 弦波。

轴向应变和剪切应变之间的相位角phaseanglebetweenaxialandshearstrains 轴向应变波形与剪切应变波形之间的相位夹角，这两个波形为相同类型，如同为三角波 弦波。

在相同频率下，轴向应变和剪切应变相位角为零（9=0°）的试验（见图2）。 注：对于对称循环作用的轴向和剪切应变波形，如果轴向应变波形的最大值与剪切应变波形最大值同时达到，则相 位角=0

图2轴向、剪切应变波形同相（比例）加载

剪切应变波形非同相（非）

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剪切应力 shear stress

由于薄壁管试样受到扭矩T的作用而产生的与轴向正交的切线方向上的应力分量。 注1：推荐采用剪切应力均勾分布假设，作用在中径的剪切应力与扭矩T的关系见式（6)

式中： d。，d：一一试样的外径与内径。 注2：弹性加载情况下，在引伸计标距段内，试样内外径范围内直径为d的位置，其剪切应力可以由式（7)计算 得到：

剪切应变和剪切应力来确定

本文件所用符号、说明及单位见表1。

表1符号、说明和单位

表1符号、说明和单位（续）

GB/T40410—2021

表1符号、说明和单位（续）

本文件以圆形截面的薄壁管为试样进行试验。为了避免循环载荷下的不稳定性，试样的壁厚应满 足平均直径与壁厚的比值为10：1的薄壁管准则。对于多晶体材料，应保证壁厚部分至少存在10个晶 粒来保持各向同性。 注:试样平均直径 dm=(d.+d.)/2.

应预知试样的拉伸和压缩性能。设计试样时，可按GB/T228.1、GB/T228.2和GB/T7314测定 拉伸和压缩性能。如需要测定材料的平均晶粒尺寸，应按GB/T6394进行测定。 推荐试样形状如图4所示。试样设计时，应保证同心度，避免附加弯曲应力，

注：图中符号及其说明见表2

注：图中符号及其说明见表2.

试样的具体尺寸要求见

表2薄壁管试样的尺寸要求

试样内表面应研磨，以防止疲劳裂纹在试样内表面萌生。试样的引伸计标距部分的内表面与 应从一端到另一端一次性加工成型。试样平行段内外表面粗糙度Ra应小于0.2um

所有的试验要在能够施加拉压和扭转载荷的试验系统上进行。试验系统应具有足够的轴向刚度 转刚度，使得试验系统能够减小试验框架在额定最大轴向力和扭矩下的变形。试验机应清 3/T26077中轴向疲劳试验要求及GB/T12443中扭转疲劳试验要求

压夹头装置和具有光滑圆柱形夹持部位的试样结合使用，能够较好地满足对中性和轴向刚度要

GB/T40410—2021

对于具有光滑圆柱形夹持部位的试样，具有螺纹连接端的试样较难满足对中性准则的要求。因此，应优 先选择具有光滑圆柱形来持部位的试样

试验机测力系统应按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 量误差不超过所需测力范围的士1%。推荐使用GB/T25917.1或JJG556作为检查方法

应按GB/T12160或JJG762进行检定/校准，并

验数据进行采集。数据采集应根据具体加载路径确定采集频率，以避免四个通道响应信号削峰损失。

8.1.1对于室温试验，一般在10℃～35℃范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃士 5℃。 8.1.2对于高温试验，温度一般不超过1200℃，试样引伸计标距段内的温度变化应不超过5℃，或在 名义试验绝对温度的1%以内，取两者中的较大者， 8.1.3如有任何超出试验要求极限的温度冲击，应将所有这些温度值记录在试验报告中

8.2.1薄壁管试样引伸计标距部分的内径和外径应至少进行三次测量（两端和中间）。为确保同心度， 应附加三次相应的测量。由测量结果计算得到的平均值作为试样的计算尺寸用于试验控制和试验数据 的后处理。 8.2.2对于高温试验，由室温下的测量数据算得的平均值应利用热膨胀系数修正得到试验温度下的试 详尺寸。并用计算得到的高温下尺寸评估试验控制参数以及用于试验数据的后处理。热膨胀系数可以 在进行疲劳测试前通过测量每个试样得到，或通过材料手册查得

TB／T 3487-2017标准下载试样应在不支任何轴同或扭间预载何的情流下安装在试验机上。在安装接触型导伸计或其他接触 型仪器时应尽量避免划伤试样内外表面

8.4轴向和剪切应变的计算

为精确控制试验，轴向应变和剪切应变值都应以试样的引伸计标距段为准计算得出。剪切应变 的薄壁截面沿径向成线性变化，应以试样的外径为准，用式（4）计算得出

首控制器应在零载荷状态

8.9.1在疲劳试验最初的10个循环周次内，应记录其轴向力、轴向应变、扭矩和剪切应变，来研究材料 的初始循环硬化/软化。在整个疲劳试验过程中，上述控制变量都应以对数循环间隔的方式进行相应记 录（如，循环数10、20、50、100、200、500、1000、2000、5000等） 3.9.2通常在试验的最后阶段，当试样表面出现目视可见裂纹时，应适当减小数据记录的循环间隔以 更好地检测试样失效现象。

8.10试样失效的确定

GB 51070-2014 煤炭矿井防治水设计规范GB/T40410—2021

在弹塑性加载条件下，轴向和剪切应变由弹性和塑性部分组成。常用来描述循环轴向或剪切应力 应变关系的数据处理公式参见附录A

1、剪切应变幅值与疲劳表