ICS 77.040.10 H 22
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T37306.1—2019/ISO12110-1:2013
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 Metallic materials-Fatigue testing-Variable amplitude fatigue testing- Part 1 : General principles, test method and reporting requirements
(ISO12110-1:2013,IDT)
2020-02-01实施
2019-03-25发布
国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会
发布 GB/T37306.1—2019/ISO12110-1:2013
目 次
前言
1
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
试验原理 4.1控制信号的产生 4.2 试验方法概述 5原始加载时间历程 5.1 总则 5.2 数据过滤 6加载时间历程 6.1 总则 6.2 时间历程序列 6.3 循环计数法 1 程序模块 8
4
转换矩阵及其控制信号的生成 8.1 矩阵的建立 8.2 载荷信号的重建 8.3 控制信号简化变幅疲劳试验 10 试验报告 10.1 总则 10.2 原始加载 10.3 试验条件 10.4 单个试样和系列试样试验数据的初始分析附录A（资料性附录） 标准加载时间历程附录B（资料性附录） 在转换矩阵中随机抽取加载信号重建示例附录C（资料性附录）单个试样试验资料的初始分析，参考文献
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前言
GB/T37306《金属材料疲劳试验 变幅疲劳试验》分为两个部分：
第1部分：总则、试验方法和报告要求；第2部分：循环计数和相关数据缩减方法。
本部分为GB/T37306的第1部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分使用翻译法等同采用ISO12110-1:2013《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》。
与本部分中规范性引用的国际文件有 有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T3075—2008 金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法（ISO1099：2006，MOD)； GB/T6398—2017 金属材料 疲劳试验 疲劳裂纹扩展方法（ISO12108：2012，MOD）； GB/T24176—2009 金属材料 疲劳试验 数据统计方案和分析方法（ISO12107：2003，IDT）； GB/T26077—2010 金属材料 疲劳试验 轴向应变控制方法（ISO12106：2003，MOD)； GB/T34104—2017 金属材料 试验机加载同轴度的检验（ISO23788：2012，MOD）。
本部分做了下列编辑性修改：
用国家标准GB/T37306.2《金属材料 疲劳试验 变幅疲劳试验第2部分：循环计数和相关数据缩减方法》代替了资料性引用的国际标准ISO12110-2（见6.3，第9章）。
本部分由中国钢铁工业协会提出。 本部分由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本部分起草单位：广州大学、上海大学、广东出人境检验检疫局检验检疫技术中心、上海出人境检验
检疫局工业品与原材料检测技术中心、深圳万测试验设备有限公司。
本部分起草人：徐忠根、吴益文、汪宏斌、周崎、郭轩、黄星
I GB/T37306.1—2019/ISO12110-1:2013
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
1范围
GB/T37306的本部分规定了各循环变幅的实验室试样循环序列疲劳试验的总则本部分对变幅疲劳试验做出规定和给定总则，以便在考虑疲劳数据的典型分散时生成用于比较的
一致结果。
本部分在理论上适用于应变和力控制或控制疲劳裂纹扩展速率的加载条件，在采用本部分的加载模式而非力-控制加载模式时应采取适当的保护措施。
本部分适用于单轴加载的单作动器加载模式。 本部分所指的变幅加载时间历程是确定的，这就是本部分涉及变幅加载而不是随机加载的原因。 下列各项不属于本部分的考虑范围之内：
出现孤立的过载或欠载现象的恒幅疲劳试验；一大型零部件或结构件的试验；环境影响，如腐蚀、与温度/时间相关的蠕变导致对频率和波形产生的影响；一多轴加载。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO1099金属材料 +疲劳试验轴向力控制方法（Metallicmaterials一Fatiguetesting一Axial force-controlled method)
ISO12106金属材料疲劳试验 轴向应变控制方法（Metallicmaterials一Fatiguetesting Axial-strain-controlled method)
ISO12107金属材料疲劳试验 数据统计方案和分析方法Metallicmaterials一Fatigue testingStatistical planning and analysis of data)
ISO12108金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法（Metallicmaterials一Fatiguetesting Fatigue crack growth method)
ISO23788金属材料疲劳试验机加载同轴度的检验（Metallicmaterials一Verificationofthe alignment of fatigue testing machines)
术语和定义
3
ISO1099、ISO12106、ISO12107和ISO12108界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
累积频率图 cumulative frequency diagram 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。
- GB/T37306.1—2019/ISO12110-1:2013
3.2
循环 cyele 在恒幅疲劳加载下周期性重复的力-时间/应力-时间/应变-时间，或施加于试样的其他某种信号中
的最小区段。
注：在变幅加载中，循环的定义随所使用的计数方法而变化。
3.3
循环计数法 cyclecountingmethod 计算一个给定长度的加载时间历程循环次数的方法。
3.4
加载 loading 在试样上施加变化的力、应变或其他控制量的统称，注：本部分主要指力控加载模式。
3.5
加载分布 loading distribution 载荷随循环变化的简单分布或累积分布。 注1：加载分布是对实际服役加载记录统计处理的结果或工业领域（如汽车、航空航天）特有的典型分布。加载分布
适用于力加载模式和应变加载模式或其他加载模式注2：加载分布通常称为“加载谱”。应避免使用频域加载，
3.6
加载直方图 loading histogram 载荷随循环变化的简单直方图或累积直方图注1：加载时间历程是对实际服役加载记录统计处理的结果或工业领域（如汽车、航空航天)特有的典型分布。加载
直方图适用于力加载模式和应变加载模式或其他加载模式，
注2：术语“力历程”在力控加载模式中应该已经使用过，但这在变幅疲劳的领域中并不常见。无论控制变量是否色
括力，始终使用术语“加载时间历程”。
3.7
加载时间历程 loading time history 载荷幅从一个循环到下一个循环变化的加载循环序列。 注1：加载时间历程是对实际服役加载记录统计处理的结果或工业领域（如汽车、航空航天)特有的典型分布。加载
时间历程适用于力加载模式和应变加载模式或其他加载模式。
注2：术语“力历程”在力控加载模式中应该已经使用过，但这在变幅疲劳的领域中并不常见。无论控制变量是否包
括力，始终使用术语“加载时间历程”。
3.8
加载功率谱 loadingpowerspectrum 能量密度谱 energy density spectrum 随机加载时间历程的频域描述。 注：功率谱是时间信号相关函数的傅里叶积分。
3.9
忽略 omission 去除非损伤循环或载荷幅小于阈值水平的循环。
3.10
忽略水平 omissionlevel 去除非损伤循环的阅值水平。
3.11
峰值 peak 加载时间历程的一阶导数从正变为负的点
2 GB/T37306.1—2019/ISO12110-1:2013
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。
4试验原理
4.1# 控制信号的产生
由于很难从原始加载时间历程中获得任何循环次数或失效并由此直接有效地控制疲劳试验，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，由于数字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、孤立的高幅过载等情况。
a) 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。
4.2试验方法概述
变幅疲劳试验使用累积频率图（程序模块）或随机抽获得的控制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。 注：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，
3 GB/T 37306.1—2019/IS0 12110-1:2013
试验结果于试样断裂为两部分或达到另一个失效准则失效时报告。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。
功率谱的谱分析
在役元件加载的直接测量
标准加载描述例如：CARLOS， TWIST，WASH等
滤波：电子噪声，振动等
信号分析(时域或频域）循环计数法例如：零线交叉法、
雨流法等
转换矩阵（雨流法、 零线交叉法等）
累积频率图
生成时间历程
非损坏循环滤波
随机抽取
程序块
生成控制信号
闭环控制
通过载荷、应力、应变测量
监测输出信号力传感器、延伸计等
试验结果：失效循环数Nr、
试样破坏过程等
试验报告
注：虚线框为可选步骤。
图1收集变幅加载数据并转换成进行实验室变幅疲劳试验输入数据的流程图 GB/T37306.1—2019/IS012110-1:2013
原始加载时间历程
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5.1总则
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。
C
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
列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
声。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）。 5.2数据过滤 5.2.1一般要求
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阈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。 5.2.2噪声过滤
通常忽略对疲劳没有责献的叠加在疲劳加载信号上的高频低幅峰值，如由数据记录系统（应变仪）
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。
6 加载时间历程
6.1总则
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；
一功率或能量密度谱。 6.2时间历程序列
变幅加载可分为不连续或部分连续随机过程。这些随机过程可以通过在役测量或时间步长计算
确定。
短程可由连续的力-时间的信号表示，长程需要由一系列连续的短程表示（见图2），其中每个短程一般是连续的。长程通过以正确的顺序连接短程获得。
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