航空材料拉伸疲劳试验初步成果

1.试验原理

与复合材料的拉伸疲劳试验相似，有机玻璃的拉伸疲劳试验也是对试样施加交变的拉伸应力，施加频率大小以材料不发生明显发热为原则。所不同的是有机玻璃在受到交变载荷作用时更容易发热，疲劳试验频率更低。疲劳试验直至有机玻璃试样发生断裂停止。断裂前试样一般都会出现银纹，并有银纹逐渐密集汇成裂纹的现象。试验过程中记录力值、循环次数、位移、时间、失效模式等信息，通过统计分析等方法获得有机玻璃的拉伸疲劳特性。

2.试样

试样分为哑铃形和直条形两种，也可采用非标准试样。哑铃形光滑试样的应力集中系数为1.0，如图15-7所示。带缺口试样的应力集中系数通过设计不同大小的缺口来实现，如图15-8所示。缺口尺寸与应力集中系数的对应关系见GJB 2033—1994。需要注意的是，不同类型试样获得的有机玻璃疲劳试验结果是不可比的。试样数量应至少保证每级应力水平下不少于5件。

图15-7 有机玻璃拉伸疲劳光滑试样

图15-8 有机玻璃拉伸疲劳缺口试样

3.试验设备和夹具

试验机的静载荷示值误差不超过±1%，动载荷示值误差不超过±3%。同复合材料拉伸疲劳试验相似，夹持夹具最好采用液压伺服夹具，以保证良好的试样对中和夹持力。

4.试验程序

（1）试验准备

1）检查试样外观，试样表面不能有明显的划伤、划痕和缺陷。

2）测量试样尺寸。

（2）装夹试样，使试样与加载线对中。(www.xing528.com)

（3）选择和设置试验参数

1）测试拉伸强度，以估算疲劳加载应力水平。

2）试验采用应力控制。在试验机上设定应力幅值、平均应力、应力比、频率等疲劳试验参数。有机玻璃属于高分子材料，受到动态载荷作用时的迟滞效应非常明显，导致动能大量转化为热能使得试样发热，因此有机玻璃的拉伸疲劳试验频率远没有复合材料高，推荐采用0.5Hz，或者以温度升高不超过稳定加载时试样表面温度5℃为原则。为了防止温度升高可以采用风扇吹风降温。

（4）疲劳试验

1）按照试验条件对试样施加交变拉伸载荷，开始疲劳试验，试样以拉伸断裂为失效判据。

2）至少进行3级应力的成组法疲劳试验。

3）至少进行3级应力、5～6对应力对子的升降法疲劳试验（10～12件试样）。

4）升降法和成组法试验期间记录试样出现银纹、裂纹和断裂失效时的循环次数。

（5）试验数据分析处理

1）完成成组法试验和升降法试验后，进行数据统计处理。统计处理方法参考HB/Z112—1986。

2）根据升降法结果计算条件疲劳极限，再结合成组法试验结果绘制疲劳S-N曲线。图15-9所示为有机玻璃拉伸疲劳的S-N曲线。

图15-9 有机玻璃拉伸疲劳的S-N曲线

3）按照GJB 2033—1994的规定给出试验结果报告。