疲劳试验

疲劳试验分为不同类别：

• 根据ISO 12106和ASTM E606进行的低周疲劳试验
• 根据DIN 50100、ASTM E466-15或ISO 1099进行的高周疲劳试验

高周疲劳试验（HCF）又称S-N试验、沃勒疲劳试验或连续振动试验，是一种循环载荷试验，用于确定材料和部件的疲劳行为。疲劳行为或抗振性提供了材料或部件在动态振荡载荷作用下的变形和失效行为信息。测试结果对材料和部件的实际使用具有重要作用，因为循环机械载荷往往是导致部件失效的原因。了解了疲劳行为，便能对材料或部件的有限寿命疲劳强度和疲劳极限做出准确的判断。有关材料和部件疲劳行为的知识可确保在成品的生命周期内不会出现严重的材料损坏或突然的疲劳失效。

通常使用正弦加载时间函数，将试样放置在测试台架中，对其进行循环加载（拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切）。在沃勒疲劳试验过程中，平均应力保持不变。通过平均应力水平两侧的应力挠度（振幅）对测试系列中的样品进行交替加载，直至达到预定的失效准则，例如：

• 高周疲劳试验（HCF）一直进行到样品失效（或出现明确的失效准则，如断裂或裂纹）为止。
• 以循环次数为单位的阈值已事先确定。当试样或部件达到载荷循环次数的阈值，但未显示任何明显的失效准则时，高周疲劳试验（S-N试验）结束。在这种情况下，接受测试的样品或部件称为抗疲劳试样或部件。
• 科学家和测试工程师始终对相同的样品按序进行多次高周疲劳试验（S-N试验）。从一个样品到另一个样品，应力振幅逐渐减小（阶梯法），直至不再发生预定事件（如试样断裂）或达到载荷循环次数的阈值。一般来说，每个载荷振幅至少要进行三次测试，以便对数值进行统计验证。
  

沃勒疲劳试验系列的所有试验结果最终被输入一个图表：沃勒图表。该图显示了应力振幅（Y轴）与各自载荷循环次数阈值（X轴）之间的关系。这就形成了沃勒曲线（同义词：沃勒线）。

高周疲劳试验的经典测量设备是应变片（或应变计），当物体表面受到应变或压缩时，应变片的电阻值会发生变化。市面上有各种材料和形状的应变片/应变计，因此每种标准测试都有合适的应变片。为了记录待测材料或部件的变形，需要将一个或多个应变片手动施加到样品上，并通过电缆连接到放大装置或数据采集系统（DAQ）。

听起来简单，实际操作起来却更加复杂：应变片/应变计的局部应用代表了对样品表面成分的物理干预。即使应变片/应变计的粘合层很薄，也能观察到局部缺口效应。由此产生的微小表面缺陷可能会导致应变片/应变计区域出现不必要的断裂，从而篡改测试结果。此外，使用应变片/应变计还会带来第二个问题：不仅被测材料会疲劳，应变片/应变计的材料也会疲劳。特别是在高科技复合材料中，应变片/应变计的材料疲劳可能早于被测材料的疲劳。因此，高周疲劳试验（沃勒疲劳试验）可能不得不提前终止，即在应变片/应变计失效时终止。

光学三维测量是应变片/应变计的一种有效替代或补充方法：基于相机的测量系统可实时跟踪测试序列（在多传感器设置中，可同时从不同角度进行跟踪），并能以非接触的方式获取测量数据。捕捉到的应变和三维位移测量值提供了试样变形的明确信息。测量数据会自动传输到测量软件中，以便进行各种评估（例如将测量数据与模拟数据进行比较）。

ARAMIS光学三维测量系统可通过高精度记录整个表面和特定兴趣点的三维坐标、三维位移和二维表面应变。ARAMIS系统的测量区域可根据试样灵活调整。无论是小部件还是长达数米的特殊结构，ARAMIS传感器都能覆盖整个测试装置。与传统的应变片/应变计相比，该系统完全以非接触的方式记录测量数据。如有需要，用户还可以通过连接的ZEISS INSPECT软件将虚拟应变片/应变计应用到部件上，而不必事先担心最高变形将发生在何处。该软件可指导用户完成整个测量流程：从获取测量数据开始，到分析表面变形或点向三维位移，直至创建有意义的测量报告，即使是没有任何测量技术经验的用户（如合作伙伴或客户）也能轻松理解和领会。例如，试样的变形程度可以用颜色偏差表示法直观地显示出来。