疲劳试验机加载频率选择与常用材料试验要求

疲劳试验机加载频率选择与常用材料试验要求

疲劳试验机的“速度”通常不以 mm/min 表示，而是以加载频率 Hz 或循环次数/分钟表示。频率选择应先明确控制方式、载荷类型、材料特性和适用标准，再结合设备能力确定。一般原则是：在保证不产生明显热效应、惯性效应和控制偏差的前提下，选择能够稳定复现目标载荷波形的频率。

一、按控制方式区分频率范围

应变控制低周疲劳试验的典型频率范围为 0.1—5 Hz，选择时应保证应变速率稳定，试样温升通常不宜超过 2℃。力控制高周疲劳试验的典型频率范围约为 5—300 Hz，常用伺服液压或谐振设备，高频加载时需监控温升变化。

聚合物及复合材料疲劳试验频率一般为 1—25 Hz，多数材料推荐不超过 5 Hz，以避免内耗生热影响结果。超高周疲劳试验频率通常在 20 kHz 附近，用于金属超高周寿命评价，需使用专用超声疲劳设备。

二、金属材料

金属轴向力控制高周疲劳试验可参考 GB/T 3075、ISO 1099、ASTM E466 等标准。常规频率多位于 5—300 Hz 区间，具体取决于试样刚度、设备类型和载荷控制方式。

低周疲劳通常采用应变控制，频率宜低，一般不超过数赫兹。相关标准要求试验过程中试样温升不宜超过 2℃，若温升明显，应降低频率或改善散热条件。

旋转弯曲疲劳试验可参考 GB/T 4337，频率范围常见为 15—200 Hz。超高周疲劳可参考 GB/T 43896，试验频率通常在 20000 Hz 附近。

三、塑料与橡胶材料

塑料拉伸疲劳和弯曲疲劳试验宜采用较低频率。ASTM D7791、ASTM D7774 给出的频率范围一般为 1—25 Hz，但推荐不超过 5 Hz，以降低滞后生热对结果的影响。

橡胶类材料由于黏弹性较强，循环加载时更容易发热。屈挠、压缩疲劳等试验应按相应产品或方法标准执行，常见频率约为 30 Hz 左右，但仍需以现行标准条款为准。

四、复合材料

聚合物基复合材料疲劳试验推荐频率通常为 1—25 Hz，常用 1—10 Hz。复合材料阻尼较大，高频加载容易引起层间温升、树脂软化或损伤模式改变，因此不宜单纯追求效率而提高频率。

复合材料一般不宜采用依赖试样谐振的高频电磁式疲劳试验方法，更适合采用伺服液压或电机驱动设备进行低频循环加载。

五、频率选择的操作步骤

首先确认标准，核对材料、试样形式、载荷类型和失效判据对应的现行标准。其次确定控制方式，高周疲劳多用应力或力控制，低周疲劳多用应变控制。

初选频率时，金属高周疲劳可从数十赫兹起步，塑料、复合材料宜从 1—5 Hz 起步。随后开展预试验，监测试样表面温升、载荷波形、位移响应和刚度变化。

验证终止条件，按断裂、裂纹扩展、刚度下降或规定循环次数判定。最后记录环境参数，包括温度、湿度、频率、波形、应力比和采样间隔。

实际应用中，疲劳试验频率应以现行有效标准、试样实际工况和设备能力共同确定。若标准对频率、温升或波形有明确要求，应优先执行标准条款。