ASTM E2207-15 薄壁管試樣張力控制軸向扭轉疲勞測試的標準實踐

在美國材料與試驗協會（ASTM）制定的「ASTM E2207-15薄壁管材樣品應力控制軸向扭轉疲勞試驗標準實務」中，應力控制、等溫、薄壁、圓形管材解釋了室溫和高溫下的橫斷面、管狀樣本的軸向、扭轉以及同相和異相組合軸向扭轉疲勞試驗方法。此標準僅限於軸向扭轉疲勞試驗中對稱、完全相反的應力（零平均應力）以及相同頻率的軸向和扭轉波形。此標準也僅限於薄壁管狀樣品均質材料的表徵，不涵蓋大型零件或結構元件的測試。

本標準無意解決與其使用相關的所有安全問題（如果有）。本標準的使用者需要建立適當的安全、健康和環境實踐，並在使用前確定監管限制的適用性。

本國際標準是根據世界貿易組織技術貿易壁壘委員會公佈的《關於制定國際標準、指南和建議的原則的決定》中確立的國際公認的標準化原則制定的。

就本標準而言，適用以下術語和定義：

• 軸向應力（工程軸向應力）定義為長度變化除以原始長度。
• 剪應力是指對圓柱形樣品施加扭轉力矩而產生的工程剪應力。這種扭轉剪切應力是簡單剪切，剪切位移的定義與軸向應力類似。
• 雙軸應變幅值比 在軸向扭轉疲勞試驗中，雙軸應變幅值定義為剪應變幅值與軸向應變幅值之比。
• 軸向應力和剪切應力之間的相位 在軸向扭轉疲勞測試中，相位定義為軸向應力波形和剪切應力波形之間的相位角。兩個波形必須是相同類型，例如都是三角波或都是正弦波。
• 剪應力是指作用在測量斷面正交的切向和軸向方向上的工程剪應力，是施加在薄壁管狀樣本上的扭轉力矩的結果。與剪切應力一樣，剪切應力總是在外徑處最大。在彈性載重條件下，剪應力也沿著管狀試樣的薄壁線性變化。然而，在彈塑性載重條件下，剪切應力往往呈現非線性變化。大多數應力控制軸向扭轉疲勞試驗都是在彈塑性負荷條件下進行的。因此，建議假設剪切應力均勻分佈。

多軸力往往會產生變形和損壞機制，這些機制通常與簡單單軸負載條件下發生的變形和損壞機制截然不同且獨特。由於大多數工程部件都受到循環多軸力的作用，因此有必要表徵材料在此模式下的變形和疲勞行為。這種表徵可以可靠地預測許多工程部件的疲勞壽命。軸向扭轉載荷是可能的多軸力系統之一，本質上是雙軸類型的載荷。承受軸向扭轉負荷的薄壁管狀樣本可用於探索材料在主應力或應變場的四個像限中的兩個像限中的行為。軸向扭轉載荷比面內雙軸載荷更合適，因為薄壁管狀試樣中的應力狀態是恆定的，並且在整個試驗段中是眾所周知的。此應用程式可用於產生均質材料在軸向、扭轉以及同相和異相軸向扭轉載荷條件下的疲勞壽命和循環變形數據。

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