疲勞壽命測試的方法根據(jù)測試對象、載荷類型、環(huán)境條件及測試目的的不同，可分為多種類別。以下從載荷形式、測試對象、環(huán)境因素及特殊場景等維度，詳細(xì)介紹常見的測試方法：

一、按載荷形式分類（核心分類方式）

疲勞破壞的本質(zhì)是交變載荷作用下的損傷累積，因此載荷形式是區(qū)分測試方法的核心依據(jù)。

1. 軸向疲勞測試（拉伸 - 壓縮疲勞測試）

• 原理：對試樣施加軸向的交變拉伸和壓縮載荷（如正弦波、三角波等），模擬構(gòu)件在軸向力反復(fù)作用下的工況。

• 適用對象：桿類、軸類零件（如螺栓、活塞桿）、金屬及復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)試樣。

• 關(guān)鍵設(shè)備：電液伺服軸向疲勞試驗(yàn)機(jī)（可精確控制載荷幅值和頻率）。

• 典型標(biāo)準(zhǔn)：ASTM E466（金屬材料軸向疲勞測試標(biāo)準(zhǔn)）、ISO 13003（復(fù)合材料軸向疲勞測試）。

2. 彎曲疲勞測試

• 原理：通過對試樣施加交變彎曲載荷（如三點(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲），使試樣截面承受交變的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。

• 分類：

• 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測試：試樣繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，配合固定的彎曲載荷，實(shí)現(xiàn)截面應(yīng)力的周期性變化（如汽車傳動(dòng)軸的工況模擬）。

• 非旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測試：載荷方向周期性變化，試樣不旋轉(zhuǎn)（如橋梁橫梁在車輛荷載下的彎曲疲勞）。

• 適用對象：板材、棒材、齒輪齒根、軸類零件的彎曲疲勞評(píng)估。

• 典型標(biāo)準(zhǔn)：ASTM E468（金屬材料旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測試）。

3. 扭轉(zhuǎn)疲勞測試

• 原理：對試樣施加交變扭矩，使材料承受反復(fù)的剪切應(yīng)力，模擬構(gòu)件在扭轉(zhuǎn)工況下的疲勞（如傳動(dòng)軸、彈簧的扭轉(zhuǎn)疲勞）。

• 特點(diǎn)：需同時(shí)控制扭矩幅值和轉(zhuǎn)速，部分場景下會(huì)結(jié)合軸向載荷（復(fù)合載荷扭轉(zhuǎn)疲勞）。

• 適用對象：軸承、萬向節(jié)、螺栓（受預(yù)緊力和扭轉(zhuǎn)復(fù)合作用時(shí)）。

• 典型標(biāo)準(zhǔn)：ASTM E1942（金屬材料扭轉(zhuǎn)疲勞測試）。

4. 復(fù)合載荷疲勞測試

• 原理：同時(shí)施加兩種或以上載荷（如軸向 + 彎曲、彎曲 + 扭轉(zhuǎn)），模擬構(gòu)件實(shí)際使用中的復(fù)雜受力狀態(tài)。

• 適用場景：飛機(jī)起落架（承受軸向力 + 彎矩）、汽車懸掛系統(tǒng)（多向載荷復(fù)合）。

• 技術(shù)難點(diǎn)：需精確控制多載荷的相位差和幅值比例，對試驗(yàn)機(jī)同步性要求高。

二、按測試對象分類

1. 標(biāo)準(zhǔn)試樣測試

• 特點(diǎn)：采用符合國際 / 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的試樣（如光滑圓棒、帶缺口試樣），消除結(jié)構(gòu)復(fù)雜性對結(jié)果的影響，專注于材料本身的疲勞性能。

• 目的：獲取材料的基礎(chǔ)疲勞數(shù)據(jù)（如 S-N 曲線、疲勞極限），用于材料篩選和理論研究。

• 優(yōu)勢：數(shù)據(jù)重復(fù)性好，可對比不同材料的疲勞特性。

2. 構(gòu)件 / 部件疲勞測試

• 特點(diǎn)：直接對實(shí)際零件或組件（如齒輪、葉片、車架）進(jìn)行測試，更貼近真實(shí)使用工況。

• 目的：驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的疲勞壽命是否滿足要求，評(píng)估結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)（如焊縫、拐角）的應(yīng)力集中對疲勞的影響。

• 挑戰(zhàn)：試樣尺寸大，需大型疲勞試驗(yàn)機(jī)；測試周期長，成本較高。

三、按環(huán)境因素分類

實(shí)際工況中，環(huán)境因素（如溫度、腐蝕、濕度）會(huì)顯著加速疲勞損傷，因此需針對性設(shè)計(jì)測試方法：

1. 高溫疲勞測試

• 原理：在高溫環(huán)境（如發(fā)動(dòng)機(jī)艙、鍋爐部件的工作溫度）下施加交變載荷，評(píng)估材料在熱 - 力耦合作用下的疲勞壽命。

• 特點(diǎn)：高溫會(huì)降低材料強(qiáng)度，且可能引發(fā)蠕變 - 疲勞交互作用，需同步控制溫度和載荷。

• 適用對象：汽輪機(jī)葉片、內(nèi)燃機(jī)活塞、高溫合金構(gòu)件。

2. 低溫疲勞測試

• 原理：在低溫環(huán)境（如航空航天領(lǐng)域的高空低溫、冷鏈設(shè)備）下測試，材料可能因低溫脆性導(dǎo)致疲勞壽命下降。

• 關(guān)鍵：需避免試樣在低溫下發(fā)生相變或脆化，影響測試結(jié)果。

3. 腐蝕疲勞測試

• 原理：在腐蝕介質(zhì)（如鹽水、酸性溶液）中施加交變載荷，模擬海洋、化工設(shè)備的工況（腐蝕與疲勞協(xié)同作用會(huì)大幅縮短壽命）。

• 分類：

• 浸泡式腐蝕疲勞（試樣浸入介質(zhì)）；

• 噴霧式腐蝕疲勞（模擬鹽霧環(huán)境，如汽車底盤）。

• 典型標(biāo)準(zhǔn)：ASTM G49（金屬腐蝕疲勞測試）。

4. 振動(dòng)疲勞測試

• 原理：通過振動(dòng)臺(tái)施加隨機(jī)或正弦振動(dòng)載荷，模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸、使用中的振動(dòng)環(huán)境（如電子元件、汽車零部件）。

• 特點(diǎn)：載荷頻率高，通常結(jié)合模態(tài)分析，找出構(gòu)件的共振頻率（共振時(shí)疲勞損傷最快）。

四、特殊測試方法

1. 疲勞裂紋擴(kuò)展測試

• 原理：并非直接測試 “至斷裂的總壽命"，而是測量已有裂紋在交變載荷下的擴(kuò)展速率，通過公式（如 Paris 公式）預(yù)測裂紋從初始尺寸擴(kuò)展到臨界尺寸的壽命。

• 適用場景：結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估（如壓力容器、飛機(jī)機(jī)身的裂紋容限設(shè)計(jì)）。

• 關(guān)鍵參數(shù)：裂紋長度、應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值（ΔK）。

2. 加速疲勞測試

• 原理：通過提高應(yīng)力幅值、頻率或環(huán)境嚴(yán)苛程度，縮短測試時(shí)間（需確保加速條件不改變疲勞失效機(jī)理）。

• 應(yīng)用：批量產(chǎn)品的快速質(zhì)量抽檢，或新產(chǎn)品的初期壽命評(píng)估。

• 風(fēng)險(xiǎn)：若加速參數(shù)選擇不當(dāng)，可能導(dǎo)致測試結(jié)果與實(shí)際壽命偏差較大。

3. 超聲疲勞測試

• 原理：利用超聲波振動(dòng)（頻率通常 10-30kHz）施加高頻交變載荷，大幅縮短測試周期（可在幾小時(shí)內(nèi)完成百萬次循環(huán)）。

• 適用對象：評(píng)估材料的超高周疲勞性能（10?次以上循環(huán)），如軸承、高鐵輪對。