高频疲劳试验机的发展

        磨损、腐蚀和断裂是机械零件和工程构件的三种主要破坏形式,也是这些零件和构件失效的三种主要原因。在机械零部件中,因磨损和腐蚀而造成的损失是十分严重的。但由于磨损和腐蚀进程很慢,一般通过定期更换零件或修理来解决,而断裂常常突然发生,往往导致灾难性的设备事故和人生伤亡事故,所以断裂破坏更为工程所重视。

       造成金属的断裂原因很多,有过载、低温脆性、氢脆、应力腐蚀和疲劳,绝大部分是由疲劳造成的。金属的疲劳是一个在交变应力作用下,损伤逐渐累积,引起金属性质的变化,从而产生裂纹和破坏的过程。大多数机器、运输工具及其它结构在工作过程中,都承受着交变载荷的作用。据统计,机械零件的断裂事故中有80%是属于疲劳破坏。对于汽车来说,部件的破坏中85%是由于疲劳引起的。这说明了疲劳的普遍性,也说明疲劳破坏是一种潜藏的失效方式。所以,无论是新设备还是设备在运行过程中所进行的强度校核,疲劳强度都是主要的计算内容。

       各种科学理论的发展都依赖于科学实践,疲劳强度的研究也不例外, 最早的疲劳试验是德国人W.A.艾伯特于1829年进行的。他对矿山提升用的焊接链反复加载,10次循环后破坏。矿用链在反复加载一段时间后破坏及机车车轴运行一段时间后在轴肩处的破坏,与单调加载造成的破坏完全不同。1839,法国人J-V朋赛列在它的著作中首次使用了疲劳这个名词。1843,苏格兰人WJM兰金讨论了机车车轴的破坏,认为是由于运行过程中金属性能逐渐变坏所至。他分析了车轴轴肩处尖角的有害影响,指出加大轴尖圆角的半径可以提高其疲劳强度。与此同时,英国成立了一个委员会,调查用铁作为建造铁路桥梁材料的适用性,在对铸铁进行了若干次的试验后指出,梁在静载荷下可以承受接近破坏的载荷达四年而不破坏,但如果用静破坏载荷之半使梁反复弯曲,只要1000次循环梁就破坏了。在他们对疲劳进行初步探索以后,德国人A沃勒第一次对疲劳强度作了系统的试验,他从1847年至1889年在斯特拉斯堡皇家铁路工作期间,完成了循环应力下的多种疲劳试验。1850年他设计了旋转弯曲试验机,用来进行全尺寸的机车车轴的疲劳试验和在不同应力状态下的疲劳试验,认识到疲劳破坏可以在应力低于弹性极限时发生,并存在一个应力幅极限值,当应力幅小于此极限值时就不会发生疲劳破坏。A.沃勒为常规疲劳强度设计奠定了基础。从此,人愈来愈重视金属材料和零部件的疲劳性能的研究,以便充分了解材料的性能,提高材料的利用率,尽可能减少材料的损耗。

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