GB／T 37306.1-2019 标准规范下载简介

GB／T 37306.1-2019 金属材料疲劳试验变幅疲劳试验 第1部分：总则、试验方法和报告要求

金属材料疲劳试验变幅疲劳试验 第1部分：总则、试验方法和报告要求

属材料疲劳试验变幅疲劳试

JC／T 2452-2018 中空玻璃间隔条 第2部分：不锈钢间隔条ISO1099、ISO12106、ISO12107和ISO12108界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 .1 累积频率图cumulativefrequencydiagram 表示自试验开始每次循环累积而成的直方图。 注：累和频率图也称为累积频谱或累积分布

ISO1099、ISO12106、ISO12107和ISO121 累积频率图cumulativefrequencydiagram 表示自试验开始每次循环累积而成的直方图 注：累积频率图也称为累积频谱或累积分布。

注：对于恒幅加载，峰值对应于最大载荷。对于变幅加载，峰值对应于加载时程中的局部最大载荷 3.12 随机抽取randomdraw 具有不同范围和平均值的半循环序列。 3.13 谷值valley 加载时间历程的一阶导数从负变为正的点。 注1：谷值是一个相对最小值或“波谷”。 注2：谷值是恒幅加载的最小载荷点。 3.14 变幅加载 variableamplitudeloading 所有峰值载荷不相等或所有谷值载荷不相等或者所有峰值、谷值载荷都不相等的加载模式。 注1：也称为“不规则加载”。 注2：“谱载”不能代替变幅加载，因为谱载不是载荷与时间的函数

注：对于恒幅加载，峰值对应于最大载荷。对于变幅加载，峰值对应于加载时程中的局部最大载荷 3.12 随机抽取randomdraw 具有不同范围和平均值的半循环序列。 3.13 谷值valley 加载时间历程的一阶导数从负变为正的点。 注1：谷值是一个相对最小值或“波谷”。 注2：谷值是恒幅加载的最小载荷点。 3.14 变幅加载 variableamplitudeloading 所有峰值载荷不相等或所有谷值载荷不相等或者所有峰值、谷值载荷都不相等的加载模式。 注1：也称为“不规则加载”。 注2：“谱载”不能代替变幅加载，因为谱载不是载荷与时间的函数

，且施 加在试样上的真实加载时间历程的记录数量不能代表实际加载，该实际加载只能从加载信号的全部统 计计算中得出，这些统计特性从大量实际加载测量中得到；所以原始加载时间历程通常需要进行简化才 能施加到试样。 原始加载时间历程的简化通常是通过把信号分析加载到两种模拟加载控制信号上来完成。这两种 模拟控制信号通过程序模块或转换矩阵随机抽取信号获得。如果试验机和相关电子设备可以自行简 化，则未作简化的原始加载时间历程可以直接施加到试样。 使用循环计数法进行原始信号分析。然后将从循环计数中获得的数据用于构建程序模块的累积频 率图或随机抽取的转换矩阵。 注1：程序模块的主要优点是控制信号由一系列恒幅块组成，其中每一块的幅值都不相同。因此，不需要通过计算 机生成复杂的数字控制信号。 注2：无论从转换矩阵中随机抽取的重建控制信号如何复杂，该控制信号对于实际加载仍然比采自同一实际加载的 程序模块更具有代表性。此外，由于数学电子学和计算机的巨大进步，过去的几十年以来，通过随机抽取产生 控制信号已经越来越容易 在下列情况下，应对信号进行过滤，过滤时应谨慎选择过滤参数以避免过滤不恰当而导致去除显著 损伤疲劳循环。应谨慎处理平均应力、残余应力、抓立的高幅过载等情况。 从在役加载零部件直接测量获得的原始信号通常包含电子噪声或其他非疲劳振动。在使用循 环计数程序处理原始信号之前，应消除这些干扰 b 由于非损伤循环通常是最多的（见8.3.1），当需要进行快速试验时，可以通过去除从程序模块 或随机抽取中获得的控制信号来消除非损伤循环（最短周期）以显著缩短试验持续时间， 注3：当加载时程出现孤立的高幅过载时，这些孤立的高幅过载实际上因产生了有利的残余应力而提高疲劳寿命

变帽疲劳试验使用累 信号加载于试样 试样的响应通过负荷传感器或力传感器或应变计给定的测量值监测且这些输出数据用于闭环控制 主：变幅疲劳试验通常采用液压伺服试验设备，但是在闭环控制试验的情况下可以使用其他作动器

失效时报告。试验结果可能包括失效的循环 次数或序列数，裂纹扩展测量值或任何另 一个试样损伤过程数据 具体的试验测试原理如图1所示，试验主要步骤的详细信息在本标准后续部分给出

注：虚线框为可选步骤

收集变幅加载数据并转换成进行实验室变幅疲劳

原始零部件或结构的加载时间历程有两类来源： a）第一类来源是对在役零部件或结构件的载荷情况的直接测量，通过使用应变计或其他传感装 置并采用数字式数据采集系统对测量结果进行记录和存储； 注：汽车轮毅、悬挂系统、铁路转向架、涡轮叶片、飞机机翼梁是承受疲劳载荷的典型元件， b 第二类来源是工业领域典型的标准加载时间历程，其意义通常被大多数参与相关工业领域的 人员所认可。 原始加载时间历程通常由多次完全重复一个给定长度（时间或循环数）的加载序列构成。从一个序 到下一个序列只能观察到非常细微的变化。 当原始加载时间历程由直接测量在役零部件载荷获得时，可能需要进行过滤以消除电子或机械噪 击。过滤时应谨慎选择过滤参数以避免去除显著损伤疲劳循环。 可采用平均应力调制滤波法（见8.3）

高效的数据过滤可以大大减少用于生成变幅疲劳控制信号的数据量。 过滤通常含设置的加载或加载振幅的临界值或國值。 临界值或阅值的选择应考虑所研究疲劳进程的现有知识和经验，并且尤其要避免忽略在零部件或 构件疲劳损伤过程中起主要作用的真正损伤循环

通常忽略对疲劳没有贡献的登加在疲劳加载信 上的高频低幅峰值，如由数据记录系统（应变仅） 产生的电子噪声，并应在每个单独试样的试验报告中注明所引用的相关标准。

加载时间历程可用以下三种方法中的任意一种描述： 时间历程序列； 循环计数： 功率或能量密度谱

加载时间历程可用一系列的循环数表示。在这种情况下，循环出现的顺序丢失。 原始加载时间历程通过循环计数程序处理，该程序通过疲劳寿命的任意时刻定义循环和循环次数 描述原始信号。该程序允许以与恒幅加载条件相同的方式定义零部件的失效循环次数。 可用不同的循环计数方法。所有的方法都是将整个加载范围（在最小值和最大值之间)划分水平或 别。32个加载水平基本足够（见图2）。计数方法参见GB/T37306.2。 注1：一般工业实践采用64个加载水平。 注2：最常见的循环计数法有： 交叉水平计数； 峰值计数； 简单范围计数； 范围成对计数； “雨流”计数。 当原始加载时间历程完全通过相关计数法处理时，按照以下两个方法之一进行： a）确定累积频率图和建立程序模块； b） 通过随机抽取确定转换矩阵并重建加载时间历程 程序模块序列的疲劳寿命有时与随机加载序列下的疲劳寿命有很大差异，应尽可能避免使用

程序模块由累积频率图导出，该累积频 率图对应于用已加载超量与循环数的关系表示的累积概 一条光滑连续曲线（见图3）

将累积频率图简化成离散 首箱是载荷水平最大的离散 箱图，其他离散箱图取各载荷的 块（图4）

图4累积加载图的模块化

这些模天从系积频率图 一般序列中8～10个模块就足以 很好地描述累计次数不超过10°次的累积频率图

图5500000个循环的Gassner八步设计程序序

累积频率图也是真实零部件或结构的正确加载模式的典型代表。如图6所示的载荷分布是非高斯 分布的例子，其中高相对频率对应于高载荷。这是典型的高载荷结构，如起重机、起重桥等。载荷分配 a”代表在最大载荷下恒幅加载的载荷。载荷分配“d”代表载荷的高斯正态分布（预期在最大载荷超载 例如10°时的零载荷）

图6不同载荷分布函数示例

通过建立模块来设计加载序列的过程通常被称为块编程。由于每个模块都包含在恒幅加载中，因 比这些程序模块块很容易由试验机控制器生成，而不需要复杂的实时计算机控制系统来运行程序模块， 模块的出现顺序可能对少数块的疲劳试验的疲劳寿命有很大的影响。例如，在仅有两个模块组成 的疲劳试验中，首先作用大幅值模块的疲劳寿命要比首先作用小幅值模块的小。为了减小模块的出现 顺序对疲劳寿命的影响，建议至少重复20次试验

8转换矩阵及其控制信号的生成

换矩阵及其控制信号的生

实施变幅疲劳试验的另一种方法是通过利用转换矩阵随机抽取来重建控制信号。 转换矩阵根据循环计数过程中定义的加载水平或级别建立。从一个相对极值到下一个相对极值的 转换次数记录于矩阵中。例如，从i级到j级的转换次数a；记录在矩阵i行和i列的元素中。如果转 换是从i类中的相对最大值到i类（i>i）（峰谷）中的相对最小值，则转换a；记录于矩阵对角线下方 （见图7）。对角线中的值a；应为零或非常接近于零，因为从i级到同一级别i的转换很少发生。如果 在同一级别中这种转换发生得更频繁，应把原始信号重新划分成更多更窄的级别。这将提高信号建模 的精度。当使用计算机技术对原始加载时间历程进行数据分析时，循环计数和转换矩阵的建立可以同 时进行。 当转换矩阵被转换数完全填充时，建立即完成。然后将用于加载试样的控制信号通过矩阵中的转 换的随机抽取进行重建

使用以下程序通过在矩阵中转换的随机抽取重建加载信号。实际只有一些而并不是所有的抽取是 真正随机的，因为在重建的信号中应避免不连续，并且每次向上转换应紧接着向下转换，反之亦然（向上 和向下的转换应交替进行）。 附录B给出了随机抽取的一个示例。i的取值是随机的，例如i=α。j应满足α

下的（β>入）。同理，第三个转换应该是α 的（入<）。

8.2.2能量密度谱法

能量密度谱法可以应用多种程序重建加载信号。对于每一种程序，关键是要验证所产生的时间信 号能量等于频谱能量。例如，可以应用以下程序。 S是能量密度谱中E（α）的总面积（总能量），选择一系列均匀分布的；覆盖全范围的频谱；它们 的数量是N；两个连续的；之间的间隔是△。 加载信号见式（1）：

虽然重建的控制信号是零部件所经历的平均真实加载的简化模型，但它通常依然是一个复杂的 信号。 在许多情况下，只要定义了加载阈值水平，则可以忽略最小幅值的循环。然后可以消除振幅小于加 载阈值水平的任何循环。此操作包括对原始信号或重建信号或两者都进行过滤。 研究表明，振幅小于加载阈值水平的变幅循环可能对某些材料造成损伤。因此，试验结果应清晰记 录何时以及如何从加载信号中消除低载荷幅循环。 由于非损伤小循环是最多的（低载荷幅的振动），这种过滤使控制信号更简单，从而使得疲劳试验过 更容易。 如果过滤不当，可能产生误差：阈值水平越高，所得到的控制信号越简单，但是忽略实际损伤循环而 导致高估被检测零部件的疲劳寿命的概率就越大。

8.3.2忽略小振幅循环

派幅小于固定威值的小振幅循 式验结果影响很小，可以忽略

在试样上施加控制信号，该控制信号为程序模块序列（见第7章）、或从转换矩阵中准随机抽取的车 换序列（见第8章）或加载时间历程序列。 如有必要，力控变幅试验参照GB/T37306.2实施，并且与ISO1099一致。 除非另有规定，否则加载链同轴度、力传感器特性、控制和监视系统、闭环控制精度和整个试验配置 应符合ISO23788的要求

对于一个具有目身频率或频率范围的给定变幅信号，应确保试验配置适用于此信号。若不适用，则 应调整试样、夹具、力传感器和/或用于试验的任何零部件，以适应信号的频率、振幅和其他所有特性。 对ISO1099有偏离的所有试验条件都应在试验报告中提及。 如果使用其他加载方式，则应引用相关标准。 如果使用计算机控制试验和采集数据，则它不应妨碍整个测试设置符合ISO1099或与其他加载方 式相关的测试标准。 应确定失效准则，即深度为α=mm，表面长度l=ymm的临界裂纹，或试样两部分的总断裂或 度损失之%。

除相关标准所要 下内容 a）原始加载说明（如10.2所述）； b）试验条件（如10.3所述）； 失效数据； d) 为了适应信号特性在试验设置中的任何变化（见10.4）； e）如果进行了过滤，用于噪声过滤的标准（见5.2.2）

10.3. 1 一般要求

任何材料或零部件特性都可以用变幅疲劳试验方法进行建模。当评估材料或零部件性能时应考虑 充计特征。 试验报告应包括10.3.2~10.3.4所列出的试验条件

取样程序应包括： a）材料取样程序； b）试样的几何形状和相关仪器。

取样程序应包括： a）材料取样程序； b）试样的几何形状和相关仪器

取样程序应包括： a）材料取样程序； b）试样的几何形状和相关仪器。

信号生成的程序应考虑下列各项： a）如果对原始信号进行过滤分析，应记录过滤条件和参数； b）最大和最小荷载，水平或级别的值； c）与b)定义的数据相关的平均载荷：

d）采用的循环计数法及选择的原因； e) 遵循的路线：程序模块或转换矩阵及选择的原因； f) 累积加载图的描述（高斯）； g) 块的数量，宽度和级别及其设置方法（当使用程序模块时）； h) 程序模块序列的建立（当使用程序模块时）； j 转换矩阵（当使用转换矩阵时）； j) 随机抽取程序（当使用转换矩阵时）； k) 从转换矩阵中随机抽取的重建控制信号（当使用转换矩阵时） 1) 随机抽取程序（当使用能量密度谱时）； m）消除非损伤循环的滤波准则（遗漏水平）

d 采用的循环计数法及选择的原因； e) 遵循的路线：程序模块或转换矩阵及选择的原因； f) 累积加载图的描述（高斯）； g） 块的数量，宽度和级别及其设置方法（当使用程序模块时）； h) 程序模块序列的建立（当使用程序模块时）； j 转换矩阵（当使用转换矩阵时）； J） 随机抽取程序（当使用转换矩阵时）； k) 从转换矩阵中随机抽取的重建控制信号（当使用转换矩阵时）； 1) 随机抽取程序（当使用能量密度谱时）； m） 消除非损伤循环的滤波准则（遗漏水平）

10.4单个试样和系列试样试验数据的初始分析

为适应信号特性（包括频率）而对试验设置（包括试样）进行的所有改动应在试验报告中记录。参 （

附录A （资料性附录） 标准加载时间历程 某些工业领域所使用的标准加载时间历程列于表A.1。 主：应注意的是应用最广的加载时间历程是一个具有高斯分布的函数。

表A.1典型标准加载时间历程关系示例

附录B （资料性附录） 在转换矩阵中随机抽取加载信号重建示例 以下程序用于避免重建信号不连续。 注：为了清楚起见，在表B.1和图B.1中选取任意数字。 在工程实践中第一个转换应该是增加的（i

图B.1转换矩阵中随机抽取程序

实际上只有一部分的“随机”抽取表现为真正的随机。随机抽取程序如下（图B.1） a)例如,随机抽取 i= 3:

b）用*>9的伪随机抽取得到a39； 为了避免加载信号不连续并产生递减的转换，接下来的转换应从9级到另一个α9*。因此，这 里*将被抽取为*<9的伪随机抽取，例如*=6时得到a96； d 为了继续避免不连续并且制造一个增加转换，i应为i=6且*>6（从7到n）的伪随机抽取 例如*=*时得到α6*等。假设递增转换总是伴随着递减转换，反之亦然。 如果从i到i的任何转换已计数m次，则ai；=m。当重建控制信号时，一旦将第一个转换i到i添 加到信号中，则s二m一1等。当矩阵中所有α的值等于零时，控制信号的重建即完成。这意味着这 个重建信号将包括从i到i时α；三m的转换

YD517*-2009 通信管道人孔和手孔附录C （资料性附录） 单个试样试验资料的初始分析

由累积频率阶梯图(图4)可知，等效应力定义为一个等效应力幅值或者一个等效应力范围。 力幅可由式（C.3）得出：

等效应力范围可由式（C.4)得出：

C.4一系列试样的试验

n:(% ( C.3 Nref Z,n(s) A.S.g ( C.4 Nr

2) = Zn:() Nref Z,n (As)" A.Seg Nre

一系列的试样可以通过地加到每个加载时间历程成比例的给定参考加载的时间历程测试。这一系列 试验结果记录于Gassner图表上。 Gassner曲线的一个点表示与通过重复该图直到失效时获得的给定累积频率图的最大应力范围水 平相关联的循环数GB／T 51336-201* 地下结构抗震设计标准，见图C.2。

）等效应力范围和关联参数m和Ner

图C.2Gassner曲线定义