Metallicmaterials—Testingmethodforin-planecruciformbiaxialfa2023-07-21發布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力-應 2 請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。4金屬材料十字形面內雙軸疲勞試驗方法題。使用者有責任采取適當的安全和健康措施，并保證GB/T6398金屬材料疲勞試驗疲勞GB/T31054機械產品計算機輔助工程有限元數GB/T33582機械產品結構有限GB/T34104金屬材料試驗機加載同軸GB/T36024金屬材料薄板和薄帶十字形試樣雙向拉GB/T38719金屬材料管測定雙軸應力-應變曲線的液壓脹形GB/Z40387金屬材料多軸疲勞試驗GB/T40410金屬材料多軸疲勞試驗軸向-扭轉應變JJG556軸向加力疲勞試驗機檢定規程雙軸疲勞試驗biaxialfat6雙軸拉伸試驗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中先發生屈服的加載軸向上的多軸疲勞性能multiaxial十字形試樣測量區域在多軸比例或非比例加載下失效之前所經歷的循4符號和說明7ab-c-C-dex軸向的工程應變-y軸向的工程應變-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軸向的工程應力Syy軸向的工程應力8sx-sy-tT-wW-x軸向的真應變-εyy軸向的真應變-x軸向的真塑性應變-εypy軸向的真塑性應變-Δεeq--θ°σxx軸向的真應力σyy軸向的真應力ΔσeqΦ-加載波形，測定十字形試樣測量區域的多軸比例或非比例疲勞6.2.1十字形面內雙軸疲勞試驗采用的雙軸疲勞試驗機應符合GB/Z40387的要求。可以是形和相位差，可以實現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，夾具應能夠通過螺栓固定試樣。夾具的偏心率應不大于2%以保證加載軸對中良或優于2級要求。所有夾具與試樣的配合面應保持在同一高度上以避免在試驗中對試樣施加彎矩，夾具的共面檢查應采用符合本文件規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當試驗溫度高于500℃時，為了保證試樣裝夾的可靠性溫影響傳感器的正常工作。高溫夾具應采用在試驗溫度下具有足夠強度的高溫合金。可以采用DZ422或更高強度的高溫合金作為高溫夾具的材料。6.2.4.3.3在使用臺階式夾具時，試樣分別讀取x方向和y方向上的應變值ex和ey。各軸向上的應變值應不超過0.001，否則應對各夾具的高度進行調整。應至少每年進行一次檢查以保證所有夾具與試樣的配合面共變計適合在較低循環周次試驗中使用，測量的應變量應小于其應變傳感器應能同時測量兩個軸向上的動態6.3.3.2使用非接觸視頻應變傳感器測量應變前，應在測量區域噴涂均勻的散斑，散斑的噴涂應符合6.4.2.3當采用電阻絲或加熱棒加熱時，熱電偶不6.4.2.4應保證至少有一個獨立于控制通道的傳感器用于測量試驗溫6.4.2.5貴金屬熱電偶擇優選用S型或R型，建議使用溫度大于500℃。a)能夠同時記錄兩軸向上的應力-應變滯b)能夠記錄溫度在試驗中的變化情況；6.5.2每個軸向上的力-應變數據通道的采樣速率應盡量高以便正確的再現滯后回線，特別是反向應變的區域。溫度、位移和時間數據通道的采樣頻率也應足夠高。力-應變數據通道每個循環至少需要采集采用的試樣包括帶有開縫結構和預制裂紋區的雙軸裂紋擴展十字形試樣和無開縫結構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。試樣總長度HH≥80夾持端長度WP≥17R≥0.1lRi試樣厚度II≤0.03Hi≥0.3If≥57.1.2.3.1試樣的測量區域外輪廓的公差應滿足以下要求，這些值的表述與對——平行度:f≤0.015；——對稱度:i≤0.012。7.1.2.3.2試樣的測量區域內表面的公差應滿足以下要求，這些值的表述與對稱軸或基準面相——平行度:f≤0.012；——對稱度:i≤0.01。——垂直度:b≤0.02；——對稱度:i≤0.015。試樣總長度HH≥75l≥0.25HLx=lLy=lR≥0.1lRiP≥13L≤W夾持端長度W試樣厚度II≤0.03Hi≥0.3IRe=(a-b)/2f≥5開縫條數N-N≤77.1.3.3.1試樣的測量區域外輪廓的公差應滿足以下要求，這些值的表述與對——平行度:f≤0.015；——對稱度:i≤0.012。7.1.3.3.2試樣的測量區域內表面的公差應滿足以下要求，這些值的表述與對——平行度:f≤0.012；——對稱度:i≤0.01。試樣開縫和中心小孔的公差應滿足以下要求，這些值的表述與對稱軸或基準面相關：——位置度:j≤0.02；應按第7章的規定進行試樣制備。如試驗存在標準規定范圍之外的目的（如在線原位微觀表征可不符合7.2.2～7.2.6的要求，但應在試驗報告中7.2.1.2應在試驗報告附上清晰的取樣圖，取樣圖7.2.1.4應在每個試樣的拉伸臂上標記加工方向（如軋制方向、擠壓方向等以便在試驗中被識別出c)材料微觀組織的變化：熱處理不應改變被研究材料的顯微組織，熱處理及機加工的細節應在試d)污染物的介入：應避免腐蝕性的無機物和有機化合物損壞試樣的表面狀a)試驗裝置受到的外部機械擾動不能對加載試驗前應對傳感器及其附屬電子元件進行校準，并應符合以下c)電阻應變計可以通過調整控制器的放大系數，結合標8.3.1將試樣安裝在試驗設備上，兩個加載軸方向均不施加預載荷。在緊固螺栓時應采用對角擰緊的孔的試樣，在試樣裝夾前應在各夾持端畫出相應軸線的垂線并8.3.2十字形面內雙軸疲勞試驗推薦使用屈曲約束夾具以減少試驗過程中可能出現的失穩。屈曲約束對測量區域的觀測孔，通過數字圖像相關技術(DIC)、視頻引伸計和電阻應變計等技術，可以直接獲得觸的區域使用潤滑劑（如聚四氟乙烯薄膜）以降低摩擦力對試驗結果的影a)當各軸向的加載波形為三角波且0<Φ<T/4或T/4<Φ<T/2，應力或應變路徑為斜45°矩形；b)當各軸向的加載波形為正弦波且0<Φ<T/4或T/4<Φ<T/2，應力或應變路徑為斜45°橢圓；c)當各軸向的加載波形為梯形波且0<Φ<T/4或T/4<Φ<T/2，應力或應變路徑為六邊形；8.7.2為避免產生過沖，各軸向在試驗后，應至少保溫2分鐘后方可開始試驗。在整個試驗期間應確Gmax應小于裂紋擴展階段?？梢圆捎昧鸭y擴展階段能量釋放率的30%~80%作為初始Gmax。如圖11所示，裂紋擴展試驗的過程中應盡可能保持測量區域處于線彈性應力8.8.1試驗過程中需要監測各試驗控制變量，包括應力、應變和控制波形。其中雙軸x和y方向的應力8.8.2在雙軸裂紋擴展試驗中應通過長焦距（共焦）顯微鏡或CCD相機在線觀測并記錄疲勞裂紋的萌8.8.3在高溫試驗中應注意對試樣測量區域溫度的監8.9.1應記錄雙軸拉伸試驗中的屈服8.9.2應完整記錄試驗開始兩軸向初始10個循環周次內的應軟化行為。在之后的疲勞試驗過程中，應對上述數據采用對數間隔的方式進夠的裂紋長度數據，宜降低數據記錄的間隔以更好地監測向失效階段的轉十字形面內雙軸疲勞試驗中試樣的失效主要由試樣的異常破壞和試驗控制變量的偏差超出合理范則判定為試樣失效。試樣失效后應調整相關的控制參數并9數據的處理與分析9.1彈塑性載荷條件下兩軸向的應力-應變關系曲線應通過雙軸拉伸試驗結果分別計算各軸向的真應力及真應變以描述各軸向的應力-應變關系。常用的應力和真應力/真應變數據處理公式見附錄E?？赏ㄟ^各軸向的應力-9.3裂紋擴展速率與能量釋放率的關系在雙軸載荷下可能同時存在Ⅰ型和II型能量釋放率G來分析疲勞裂紋擴展的規律。應根據試驗結果計算應力放率的公式及描述裂紋擴展速率與能量釋放率的b)材料的名稱、牌號、熱處理方式、織構及晶粒尺寸。h)試驗中發生的不符合或者未在本規定中提及的可能影響試驗結果的現象；A.1液壓伺服控制雙軸試驗機A.1.1圖A.1為雙軸四缸電液伺服試驗機。該機為立式結構，具有良好加載。該系統適合應用于各向異性材料和薄板材料的A.1.2圖A.2為包含四個液壓伺服缸的高溫雙軸拉伸試驗系統[1]的設備結構。該裝置通過獨立的閉環比例控制實現對液壓裝置的控制，每個液壓缸可以穩定提供0-100kN的載荷。各軸的最大位移為100mm。該設備包含加熱裝置，加熱爐安裝在雙軸試驗機的工作臺上，可以提供室溫到800℃的高溫環境并保證A.2.2圖A.4為小型面內雙軸實驗系統[3]，該系統配有水浴裝置和溫控裝置，可以實現復雜環境（如水試樣的變形也主要集中在兩拉伸臂交叉處，試樣中部的實際變形量非常小，如圖B.1b)a）Mises等效應力云圖b)在試樣的中部區域增加減薄結構，這樣可以使試樣中部的應力分布更加均勻，減弱拉伸臂交叉處產生的應力集中，同時也可以減小因開縫對試樣強a）Mises等效應力云圖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軸的真實塑性應變…………(E.7)…………(E.8)…………(E.11)等效應力-疲勞壽命的關系可由Manson-Coffin公式（E.12）確定：雙軸加載下的等效應力-疲勞壽命的關系可由采用能量釋放…………(E.13)包含應力強度因子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據，推薦通過有限元分析方法計算KⅠ和KⅡ。裂紋擴展的角度可由公式（E.18）確定[7]：\,\,[1]XiaoR,LiX,LangL,etal.Biaxialtensilettemperatures[J].MaterialsandDesign,2016,94:286-294.[2]ChengY,FuY,XinY,etal.{10-12}