材料疲劳试验方法与疲劳断裂试验标准
材料疲劳试验方法
疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度，一般该类试验周期较长，所需设备比较复杂，但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验，都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能，因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。
金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。
1. 单点疲劳试验法
单点疲劳试验法聚焦于材料或构件的某一特定局部点，通过对该点施加交变载荷，研究其在疲劳过程中的性能变化。这种方法常用于分析存在应力集中、几何突变等特殊部位的疲劳行为，例如齿轮齿根、焊接接头等关键区域。在实际操作中，试验人员会在目标点附近加工小尺寸试样，或将试样设计成能突出该点受力特征的形状，然后使用小型疲劳试验机施加精确控制的交变载荷。
通过单点疲劳试验，能够获取特定点的疲劳寿命、裂纹萌生与扩展规律等关键数据。这些数据对于评估结构件在局部高应力区域的可靠性至关重要，有助于工程师优化设计，增强结构在关键部位的抗疲劳能力，避免因局部疲劳失效引发整体结构破坏。
2. 升降法疲劳试验
升降法是一种高效测定材料疲劳极限的试验方法，尤其适用于疲劳寿命较长、传统方法测试效率较低的情况。该方法基于统计学原理，以初始应力水平对试样进行疲劳试验，若试样在规定循环次数内未发生断裂，则降低下一个试样的应力水平;若试样断裂，则提高下一个试样的应力水平。通过一系列试样的试验，使应力水平在疲劳极限附近上下波动，最终依据统计学方法计算出材料的疲劳极限。
升降法的优势在于能够用较少的试样数量获得较为准确的疲劳极限数据，大大节省了试验时间和成本。在新材料研发、质量控制等环节，它能快速给出材料疲劳性能的关键指标，为材料的合理选用和性能对比提供有力支持。
3. 高频振动疲劳试验法
高频振动试验法利用高频激振设备，使试样在高频交变载荷（通常频率在100Hz-20kHz）下进行疲劳试验。较高的试验频率大幅缩短了完成一定循环次数所需的时间，提高了试验效率，适用于快速评估材料的疲劳性能。
在实际应用中，高频振动试验法常被用于航空航天、汽车制造等领域。例如，对航空发动机叶片、汽车发动机零部件等进行疲劳测试，可在较短时间内模拟大量实际工况下的应力循环，获取材料的疲劳寿命和性能数据，加速产品研发进程，确保零部件在服役过程中的可靠性。
3. 高频振动疲劳试验法
高频振动试验法利用高频激振设备，使试样在高频交变载荷（通常频率在100Hz-20kHz）下进行疲劳试验。较高的试验频率大幅缩短了完成一定循环次数所需的时间，提高了试验效率，适用于快速评估材料的疲劳性能。
在实际应用中，高频振动试验法常被用于航空航天、汽车制造等领域。例如，对航空发动机叶片、汽车发动机零部件等进行疲劳测试，可在较短时间内模拟大量实际工况下的应力循环，获取材料的疲劳寿命和性能数据，加速产品研发进程，确保零部件在服役过程中的可靠性。
4. 超声法疲劳试验
超声疲劳试验法采用超声频率（一般大于20kHz）的振动载荷对试样进行疲劳测试。该方法通过超声换能器将电能转换为高频机械振动，传递给试样，使其在极高频率下承受交变应力。
超声疲劳试验的突出特点是能够在短时间内实现大量的应力循环，可研究材料在超高周疲劳（循环次数大于107次）条件下的性能。对于一些需要服役数十年的关键构件，如桥梁、核电站压力容器等，超声疲劳试验能有效评估材料在超长寿命周期内的疲劳行为，为结构的长期安全性设计提供重要依据。同时，由于试验频率高，还可研究应变率对材料疲劳性能的影响。
5. 红外热像技术疲劳试验方法
红外热像技术疲劳试验方法是将红外热像仪与疲劳试验相结合的新型检测手段。在疲劳试验过程中，材料内部的微观损伤、塑性变形等会产生热量，导致表面温度发生变化。红外热像仪能够实时捕捉试样表面的温度场分布及其变化情况，通过分析温度变化特征，可推断材料的疲劳损伤程度、裂纹萌生位置和扩展趋势。
该方法具有非接触、可视化、实时监测等优点，无需在试样上安装复杂的传感器，不会对试样的疲劳行为产生干扰。在复合材料、异种金属焊接接头等复杂材料的疲劳研究中，红外热像技术能够直观地呈现材料疲劳过程中的损伤演化，为深入理解材料疲劳机制提供丰富的信息，也有助于实现疲劳试验过程的智能化监测与控制。
疲劳断裂试验标准
1. 金属材料疲劳、断裂试验标准
（1）ASTM 相关标准
• ASTM E739 线性或线性化应力-寿命(S-N)和应变-寿命(e-N)
• ASTM E647 疲劳裂纹扩展速率试验方法
• ASTM E468 Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue Test Results for Metallic Materials
• ASTM E466 金属材料力控制恒幅轴向疲劳试验方法
• ASTM E399 Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness of Metallic Material
• ASTM E561 Standard Test Method for K-R Curve Determination
• ASTM E740 Standard Practice for Fracture Testing with Surface-Crack Tension Specimens
• ASTM E1152 Standard Test Method for determining J-R Curves
• ASTM E1820 Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness
• ASTM E606/E606M Standard Test Method for Strain-Controlled Fatigue Testing
• ASTM E1942 Standard Guide for Evaluating Data Acquisition Systems Used in Cyclic Fatigue and Fracture Mechanics Testing
• ASTM E2472 Standard Test Method for Determination of Resistance to Stable Crack Extension under Low-Constraint Conditions
• ASTM B646 Standard Practice for Fracture Toughness Testing of luminum Alloys
• ASTM E2818 Standard Practice for Determination of Quasistatic Fracture Toughness of Welds
（2）GB相关标准
• GB/T 3075 金属轴向疲劳试验方法
• GB/T 6398 金属材料裂纹扩展试验方法
• GB/T 4337 金属旋转弯曲疲劳试验方法
• GB/T 7733 金属旋转弯曲腐蚀疲劳试验方法
• GB/T 12443 金属扭应力疲劳试验方法
• GB/T 7732 金属材料表面裂纹拉伸试样断裂韧度试验方法
• GB/T 21143 金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法
• GB/T 24176 金属材料疲劳试验数据统计方案与分析方法
• GB/T 2107 金属高温旋转弯曲疲劳试验方法
• GB/T15248 金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法
• GB/T10622 金属材料滚动接触疲劳试验方
• GB/T 4161 金属材料平面应变断裂韧度试验方法
• GB/T 2038 金属材料延性断裂韧度试验方法
• GB/T 26077 金属材料疲劳试验轴向应变控制方法
• GB/T 26076 金属薄板(带)轴向力控制疲劳试验方法
• GB/T 27595 胶粘剂结构胶粘剂拉伸剪切疲劳性能的试验方法
• GB/T 12443 金属材料扭应力疲劳试验方法
• GB/T 13682 螺纹紧固件轴向疲劳试验方法
• GB/T 30064 金属材料钢构件断裂评估中裂纹尖端张开位移(CTOD)断裂韧度的拘束损失修正方法
• GB/T 24522 金属材料低拘束试样测定稳定裂纹扩展阻力的试验方法
• GB/T 28896 金属材料焊接接头准静态断裂韧度测定的试验方法
• GB/T 27551 金属材料焊缝破坏性试验断裂试验
（3）HB相关标准
• HB 5142 金属材料平面应变断裂韧度试验方法
• HB 5152 金属室温旋转弯曲疲劳试验方法
• HB 5153 金属高温旋转弯曲疲劳试验方法
• HB 5217 金属低周热疲劳试验方法
• HB 5277 发动机叶平及材料振动疲劳试验方法
• HB 5287 金属材料轴向加载疲劳试验方法
• HB 5279 金属板材表面裂纹断裂韧性试验方法
• HB 5487 铝合金断裂韧度试验方法
• HB 6626 金属材料在含水介质中疲劳裂纹扩展速率试验方法
• HB 7572 金属材料(人字形缺口)平面应变断裂韧度试验方法
• HB 7680 金属材料高温疲劳裂纹扩展速率试验方法
• HB 7705 金属材料疲劳小裂纹扩展速率试验方法
• HB 6442 飞机液压导管及连接件弯曲疲劳试验
• HB 7680 高温疲劳裂纹扩展速率试验方法
• HB 5261 金属板材K-R曲线试验方法
• HB 6660 金属板材热疲劳试验方法
• HB 7110 金属材料细节疲劳额定强度截止值(DFRcutoff)试验方法
• HB/Z 112 材料疲劳试验统计分析方法
• HB 20041 航空发动机轴类部件疲劳试验方法
（4）GJB相关标准
• GJB 2030 高温下金属材料断裂韧度试验方法
• GJB 1997 金属材料轴向腐蚀疲劳试验方法
• GJB 715.30A 紧固件试验方法-拉伸疲劳
• GJB 715.30 紧固件试验方法-抗拉疲劳
• GJB 715.9 紧固件试验方法-抗剪接头疲劳
2. 复合材料疲劳、断裂试验标准
（1）ASTM相关标准
• ASTM D5528 Standard Test Method for ModeI Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites
• ASTM D3479/D3479 MStandard Test Method for Tension-Tension Fatigue of Polymer Matrix Composite Materials
• ASTM D7774 Standard Test Method for Flexural Fatigue Properties of Plastics
• ASTM D7791 Standard Test Method for Uniaxial Fatigue Properties of Plastics
• ASTM D4482 Standard Test Method for Rubber Property-ExtensionCycling Fatigue
• ASTM D7615/D7615M Standard Practice for Open-Hole Fatigue Response of Polymer Matrix Composite Laminates
• ASTM D3166 Standard Test Method for Fatigue Properties of Adhesives in Shear by Tension Loading (Metal/Metal)
• ASTM D6115 Standard Test Method for ModeI Fatigue Delamination Growth Onset of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer atrixComposites
• ASTM E1049 Standard Practices for Cycle Counting in Fatigue Analysis
（2）GB相关标准
• GB/T 16779 纤维增强塑料层合板拉-拉疲劳性能试验方法
• GB/T 28891-2012 纤维增强塑料复合材料单向增强材料Ⅰ型层间断裂韧性的测定
（3）HB相关标准
• HB 7624 碳纤维复合材料层合板弯曲疲劳试验方法
• HB 5268 有机玻璃板材断裂韧度试验方法
• HB 7402 碳纤维复合材料层合板I型层间断裂韧性试验方法
• HB 7403 碳纤维复合材料层合板II型层间断裂韧性试验方法
• HB 7718.1 碳纤维复合材料层合板湿热环境下层间断裂韧性试验方法 第1部分：I型层间断裂韧性试验方法
• HB 7718.2 碳纤维复合材料层合板湿热环境下层间断裂韧性试验方法 第2部分：II型层间断裂韧性试验方法
（4）GJB相关标准
• GJB 586 纤维增强塑料层板拉伸层间断裂韧性试验方法
• GJB 2637 碳纤维树脂基复合材料层合板疲劳试验方法
• GJB 2033 航空有机玻璃拉伸疲劳试验方法
