ICS 77.040.10 CCs H 22
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T40410—2021
金属材料 多轴疲劳试验轴向-扭转应变控制方法
Metallic materialsMultiaxial fatigue testingAxial-torsional
strain-controlled method
2022-03-01实施
2021-08-20发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T40410—2021
目 次
前言
II
范围规范性引用文件术语和定义符号和说明原理
1
2
3
2
5 6 试样
试验设备 8 试验程序 9 数据处理和分析 10 试验报告附录A（资料性） 数据处理公式参考文献
7
10
10
I1
12 GB/T 40410—2021
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本文件起草单位：北京工业大学、冶金工业信息标准研究院、深圳万测试验设备有限公司、中航工业
沈阳飞机设计研究所、力试（上海)科学仪器有限公司、中国航发北京航空材料研究院、中国航发商用航空发动机有限责任公司、钢铁研究总院
本文件主要起草人：尚德广、董莉、李芳代、李道航、左林玄、曲林锋、刘建中、陈勃、张成成、童第华、 高怡斐、王斌、黄星、侯慧宁。
II GB/T40410—2021
金属材料多轴疲劳试验轴向-扭转应变控制方法
1范围
本文件规定了应变控制下金属材料轴向-扭转复合疲劳试验的原理、试样、试验设备、试验程序、数
据处理分析和试验报告，
本文件适用于金属薄壁管试样在室温及高温下施加恒幅对称、平均应变为零的加载波形及轴向与
扭向波形具有相同频率的轴向-扭转复合疲劳试验。
规范性引用文件
2
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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。
GB/T228.1 金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法 GB/T 228.2 金属材料 拉伸试验第2部分：高温试验方法 GB/T 6394 金属平均晶粒度测定方法 GB/T 7314 金属材料 室温压缩试验方法 GB/T 10623 金属材料 力学性能试验术语 GB/T12160 金属材料 单轴试验用引伸计系统的标定 GB/T 12443 金属材料 扭矩控制疲劳试验方法 GB/T 16825.1 静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与
校准
GB/T25917.1 单轴疲劳试验系统 第1部分：动态力校准 GB/T 26077 金属材料疲劳试验 轴向应变控制方法 JJG556 轴向加力疲劳试验机 JJG 762 引伸计检定规程
3 术语和定义
GB/T10623和GB/T26077界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
轴向应变 axial strain
e
引伸计标距长度的伸长量△L与引伸计标距长度L。的比值，用式（1)计算。
E=AL/Lg
.（1)
注：参考工程应变中的轴向应变定义。
1 GB/T40410—2021
3.2
剪切应变 shear strain y 剪切位移△L：与引伸计标距长度L。的比值，用式（2)计算。
Y=AL/L
.（2)
注1：由加载在圆柱试样上的扭矩产生，参考工程剪切应变。除剪切位移不一样，其他都类似于轴向应变，剪切位
移与引伸计标距方向垂直而不是平行（见图1)。
注：图中符号及其说明见表1
图1 扭矩作用下圆柱试样引伸计标距内的扭转截面
注2：剪切应变与相对引伸计标距方向的扭转角之间的关系见式（3）：
=tany
.·(3)
式中：亚——沿着引伸计标距方向的扭转角。
注3：式（4)给出了用孤度表达的θ、圆柱试样外径d，以及引伸计标距长度L。表达的剪切应变：
Y=(d/2)0/L
..( 4 )
式中：
剪切位移△L。对应的扭转角。
9-
△L。通过使用校准的扭转引伸计可以直接测量，或者由弧长公式△L。=（d/2)0求得，θ值通过旋转变量差动变压器直接测量。 3.3
双轴应变幅值比 biaxial strain amplituderatio 入剪切应变幅值入。与轴向应变幅值ε.的比，用式（5)计算。
入=入,/e.
··(5)
3.4
轴向应变和剪切应变之间的相位角phaseanglebetweenaxialandshearstrains
轴向应变波形与剪切应变波形之间的相位夹角，这两个波形为相同类型，如同为三角波或同为正弦波。 3.5
同相（比例）轴向-扭转复合疲劳试验in-phase（proportional）axial-torsionalfatiguetest 在相同频率下，轴向应变和剪切应变相位角为零（三0"）的试验（见图2）。 注：对于对称循环作用的轴向和剪切应变波形，如果轴向应变波形的最大值与剪切应变波形最大值同时达到，则相
位角9=0°
2 GB/T40410—2021
(+)
7//3
应变路径
变 0.0 i
时间/s
4 =0*
1周或360°
()
标引序号说明：
剪切应变：
1-
2———轴向应变。
图2轴向、剪切应变波形同相（比例）加载
3.6
非同相（非比例）轴向-扭转复合疲劳试验 out-of-phase（non-proportional）axial-torsional fatigue test
在相同频率下，轴向应变和剪切应变相位角不为零（0≠0")的试验注1：对于对称循环作用的轴向和剪切应变波形，如果轴向应变波形的最大值与剪切应变波形最大值不同时达到，
则相位角9≠0°
注2：图3给出了=90°的非同相轴向-扭转复合疲劳试验加载波形，
(+)
4.7/3
应变路径
%/
0. 0
$ =90°
时间/s
1周或360°
()
标引序号说明：
剪切应变：
2 轴向应变。
图3轴向、剪切应变波形非同相（非比例）加载
3 GB/T40410—2021
3.7
剪切应力 shear stress
由于薄壁管试样受到扭矩T的作用而产生的与轴向正交的切线方向上的应力分量注1：推荐采用剪切应力均匀分布假设，作用在中径的剪切应力与扭矩T的关系见式（6）：
16T
+.......(6)
T=
++
(d-d)(d.+d)
式中： do,d: 试样的外径与内径。 注2：弹性加载情况下，在引伸计标距段内，试样内外径范围内直径为的位置，其剪切应力↑可以由式（7)计算
得到：
SZC
16Td (d-d)
.*( 7 )
注3：为了建立材料的循环剪切应力-应变关系曲线，可以在相同的加载条件下，在薄壁管的同一个位置通过测定
剪切应变和剪切应力来确定。
符号和说明
4
本文件所用符号、说明及单位见表1。
表 1 符号、说明和单位
符号 5 by
说明轴向疲劳强度指数扭转疲劳强度指数轴向疲劳延性指数扭转疲劳延性指数试样引伸计标距段内直径试样夹持端的外径试样引伸计标距段的内径试样引伸计标距段的外径
单位
CY d de d. d. E F G K' K L LG LGT L ALs L.
mm mm mm mm GPa N GPa MPa MPa mm mm mm mm mm mm
杨氏弹性模量
轴向力剪切弹性模量轴向循环强度系数扭转循环强度系数
试样全长试样夹持端长度
夹持端和过渡段总长度
引伸计标距长度引伸计标距长度的变化量试样中间平直段的长度
4 GB/T40410—2021
表1 符号、说明和单位 （续）
符号 △L,
说明剪切位移
单位 mm 一
轴向循环应变硬化指数扭转循环应变硬化指数失效时的循环数（疲劳寿命）
ns N: R Ra Ry R. R, R. S. T
过渡弧段半径表面粗糙度剪切应变比轴向应变比轴向循环应力比剪切循环应力比试样有效横截面积
mm μm 一
一
mm2 N·m mm
扭矩
试样引伸计标距段的壁厚
剪切应变剪切应变幅值剪切应变范围值剪切弹性应变剪切弹性应变范围值扭转疲劳延性系数
山
Y. AY Y. AY ri Yp AY,
一
剪切塑性应变剪切塑性应变范围值
轴向应变轴向应变幅值轴向应变范围轴向弹性应变
E. Ae E. Ae. ei Ep Aep 8 入 6 Ao o t At
轴向弹性应变范围值轴向疲劳延性系数
轴向塑性应变轴向塑性应变范围值
。
试样引伸计标距部分两端两个平面的扭转角
双轴应变幅值比
轴向应力轴向应力范围值轴向疲劳强度系数
MPa MPa MPa MPa MPa
剪切应力剪切应力范围值
5