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为什么板材疲劳试验总断在夹持端?

我做的是TC4板材光滑试样轴向拉压疲劳试验,应力比0.1,应力580MPa,试样原本是根据北京航材院的标准图纸加工的,因表面粗糙度达不到要求,送去打磨,这个过程中改变了试样的尺寸,并没有同比例缩小,夹持端长宽比过大,做了一周,都是断在夹持端,得不到想要的数据,现在来求助疲劳试验的朋友们:

为了让试样断在中间的圆弧过渡段,与疲劳试验人员交流后尝试了以下方法:

1、夹持端预并没有完全装进夹具里,57mm的夹持端,只夹了20-30mm。
2、钛合金硬度较大,为防止夹具对它的影响,在夹持端表面粘了一层白胶布。
3、用细砂纸和棉布打磨夹持端四个棱边。
4、切去过长的夹持端,留下30mm。
5、国产机和德国进口机,都是断在夹持端。
6、同样的机子,表面粗糙度达不到要求的2A12铝合金,三个试样都断在了中间的圆弧过渡段。

但是这些方法都没有用,四个试样,每个都试验了两三次,结果都是断在夹持端,有的是在上夹持端,有的是在下夹持端。
实在是想不出别的办法了,特意来请教虫友们,有人遇到过这种问题吗?有什么方法可以解决?重新加工试样肯定不行,时间和成本代价都太高。
有人说在中间的圆弧过渡段用刀划一下,但是这样就无法观察疲劳的过程机理了。

 

试样厚度1.5-1.6mm,加工的精度很低
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试样厚度1.5-1.6mm,加工的精度很低
试样尺寸.jpg
有人遇到过这种问题吗,用什么方法解决的
 

1.如果是断在夹持的部分,那么应该是夹得太紧或者夹持端被夹伤了,所以裂纹容易从那出来,导致试样断裂,这样的话,可以试着在保证不滑脱的情况下 ,适当减少夹持力。我看见你试过用胶布包裹夹持端,个人感觉作用不大,除非你裹的厚一点,可以试试粘一块铜片或者铝片在夹持端。
2.如果是断在圆弧那边,那估计是圆弧那需要打磨一下,
另外的话,我一般习惯中间最细的部分宽度:夹持宽度至少是1:3,你可以试试把你中间这部分再做细一点

 

MM, 因为我也看不到您的试验和试样准备情况,有几点 需要强调:
1.样品最好还是按照图纸的要求加工,不好说形状改变以后会不会对试验的结果和机理是否有影响,至少从我的经验来看是有很大影响的,所以目前疲劳试验的结果必须把background info讲清楚,否则会误导别人
2.单纯从您提供的试验结果来看,我觉得不排除存在这种可能,您使用的夹持力太大,在夹持部位产生应力集中,导致在该部位先发生疲劳断裂,当然具体您可以做一下断口分析。建议试验前要先确认一下拉压力是否集中在中间部位,目前我觉得您使用的上下两个夹具的力是不一样的。
以上供参考,后续可以进一步交流。


1.如果是断在夹持的部分,那么应该是夹得太紧或者夹持端被夹伤了,所以裂纹容易从那出来,导致试样断裂,这样的话,可以试着在保证不滑脱的情况下 ,适当减少夹持力。我看见你试过用胶布包裹夹持端,个人感觉作用不 ...
谢谢你的建议,标准图纸中,夹持端宽40,中间最窄宽15,这个差别不大,而且再去机加的话怕又改动尺寸,时间周期也长。我试试粘铝片或铜片
 
实验情况已经说的挺清楚啦,夹持力的问题有注意没夹那么紧,还是都断在夹持端。铝试样就没这种情况。
 

那么您看看铝试样和钢的试验的差别,以及断口做一些分析,看看有没有差异?

 
我做镁合金的都遇到这样的问题,个人建议两个方面改善一下,一方面是夹持力改小点,还有一方面就是夹持板材的垫片改善一下,可以考虑用实验材料相同材料支撑夹片

那么您看看铝试样和钢的试验的差别,以及断口做一些分析,看看有没有差异?
目前只做了钛和铝,钢还没做呢
 
我是用别人的仪器做实验,会跟负责人提下你说的建议的⊙_⊙
 
请问一下,你用什么贴的铝片呢?我这两天试了,用废样上撕下来的铝片(不平整,表面也不光滑),用502胶水粘在两个夹持端的两面,然后外面在贴一层白胶布(会粘住夹具)。拿的之前断在夹持端的两个试样,成功了一个,失败了一个。失败的那个猜测是因为没有换新的铝片。今天再拿好的试样试验一下
 

我以前做微动疲劳试验也遇到过你同样的问题,断口都出现在夹持端圆弧过渡区,我是将圆弧直接打磨平缓之后进行试验。最终断口都发生在了预定位置。希望对你有帮助。

钛合金的缺口敏感性比较高,在夹持时夹具上的凸起会压伤夹持部位,造成缺口效应,所以该处最容易断。可以将两面均垫上一定厚度的铝片、镍片或铜片,但垫片用一次后表面也印出夹具上的凸起,所以最好每次更换,毕竟垫片的费用和试样相比很低。
 

断在夹持部位有多种可能,夹的过紧,这时可能会造成发生塑性变形而出现问题。夹得不紧,工件夹持部位发生相对位移,从而使得夹具上的齿在材料上造成划伤而最终出现问题,这种情况可以看夹持位是否有比较严重的损伤。还有一种就是工具加工不好,这种情况最多,可以测量一下你的工具尺寸。

 

还有一个问题,就是你装夹的时候对中性是否有保证,如果上下夹具对中不好,也容易出现问题。

 

1、夹持力过大会导致出现那种现象,夹持多大压力,有具体数值吗?
2、你的试样过渡圆弧是不是需要倒圆一下,很容易产生应力集中的。
3、加强片建议不要用铜或铝的,这两种材料都比钛要软。
4、试验夹持深度要达到夹面深度的4/5,至少哦,国标和美标都明确要求了。
5、试验表面粗糙度lz怎么测的、用表面粗糙度仪还是其他非接触式的方法。
6、比较好奇的是lz怎么做的防屈曲装置,拉压很容易使试样弯曲的。
希望多交流。另外,做直接的方法就是用abaqus模拟一下材料拉伸过程中的应力分布,看一下是不是夹持端产生了应力集中

 
钛合金强度高,韧性一般比铝合金差,断裂韧性差,对裂纹比较敏感,请检查下夹持端表面和侧面有没有明显机械加工缺口或者平台,另外夹持端光洁度是否明显差于被测弧端,如果是,疲劳时裂纹很容易在夹持端有缺陷处起裂,建议打磨夹持端统计的断裂区域。另外,你的试样图夹持端与被测端过渡位置太尖锐,不平滑,极有可能在过渡拐点附近应力集中发生断裂。试样加工请参照GB/T 3075执行,光洁度如果不满足标准要求,从测试的专业角度讲测试结果无效。

我以前做微动疲劳试验也遇到过你同样的问题,断口都出现在夹持端圆弧过渡区,我是将圆弧直接打磨平缓之后进行试验。最终断口都发生在了预定位置。希望对你有帮助。
谢谢,圆弧那没有问题呢
 
嗯嗯,记住了。换了试试

后面有注意,没有夹的特别紧了≥﹏≤
 
因为实验需要刚接触疲劳,也查了些资料,听了虫友这么专业的话发现自己了解的还是太少了,这些问题都没仔细考虑过
 
之有个试样拉断过六次,前几次都是断在夹持端,最后一次贴了铝片,断在了中间
 
请问一下 如果夹到夹具里的夹持端没有达到标准要求长度,会有很大影响吗
 

做过微动疲劳吗

没有呢,我的课题有部分要监测疲劳,就做了最简单的板材轴向疲劳
 
用什么贴铝片 不明白您的意思?
夹持的时一般都是机械夹持和液压夹持,夹住就好了,不需要贴的,而且不贴还可以反复利用
 

本人做过钛合金的板状试样疲劳试验,也遇到过类似情况,当时用了和楼上类似的方法,用钛箔包裹夹持段,有一定改善,但是也没根本解决问题。个人认为主要还是夹块表面的夹角造成的应力集中,在夹持力大的情况下会很明显。如果是液压夹头,可以把压力调小一点,另外如果总是断在夹块边缘,应该注意一下夹块表面的平行度。钛合金疲劳试验对表面缺陷特别敏感,有时候同样的机器同样的试样其他材料就不会有问题,只在特合金上遇见过。希望能有帮助。

 
嗯,谢谢,钛合金是会出现断在夹持,但是概率不会像我之前那么高。后面双面粘铝片后就没有再断在夹持了。

 
在钛合金夹持端粘铝片呀,不然怎么贴合、夹住呢,这个方法还是挺有效果的。