疲劳试验机是一种用于模拟材料或构件在重复载荷作用下力学性能变化的精密设备，主要测试材料、零件或结构的抗疲劳性能，即抵抗因长期反复受力而产生损伤、裂纹直至断裂的能力。其测试范围广泛，涵盖多个行业和材料类型，具体测试内容可分为以下几类：
一、按测试对象分类
- 金属材料测试
- 金属是疲劳试验机的主要测试对象，常见测试包括：
- 拉伸疲劳测试：模拟材料在反复拉伸载荷下的性能（如螺栓、钢筋）。
- 弯曲疲劳测试：通过反复弯曲评估材料抗疲劳能力（如轴类零件、叶片）。
- 扭转疲劳测试：针对承受反复扭矩的部件（如传动轴、弹簧）。
- 复合载荷疲劳测试：同时施加拉伸、弯曲、扭转等多种载荷，模拟复杂工况（如汽车底盘零件）。
- 非金属材料测试
- 包括塑料、橡胶、复合材料等，测试重点为：
- 橡胶疲劳测试：如轮胎、密封件的耐屈挠疲劳（需模拟温度、湿度等环境因素）。
- 复合材料层间疲劳测试：评估纤维增强复合材料的层间剥离或断裂风险（如航空航天部件）。
- 塑料疲劳寿命测试：检测工程塑料在反复受力下的脆化或开裂行为（如家电外壳、机械零件）。
- 构件 / 成品测试
- 直接对组装后的零件或成品进行测试，例如：
- 汽车减震器的疲劳寿命测试。
- 桥梁钢索的反复载荷测试。
- 手机外壳的抗跌落疲劳（通过反复冲击模拟长期使用损耗）。
二、按测试原理分类
- 恒幅疲劳测试
- 施加固定振幅的交变载荷（如正弦波、方波），记录材料断裂时的循环次数（即疲劳寿命 N），用于绘制材料的S-N 曲线（应力 - 寿命曲线），是最基础的疲劳测试方法。
- 变幅疲劳测试
- 模拟实际工况中载荷的随机变化（如汽车行驶时路面的不规则冲击），通过程序控制载荷振幅、频率随时间变化，更贴近真实使用场景，常用于零部件的可靠性验证。
- 低周疲劳测试
- 针对承受大应变、低循环次数（通常 < 10⁴次）即断裂的材料（如压力容器、汽轮机叶片），重点测试材料在塑性变形范围内的疲劳行为。
- 高周疲劳测试
- 适用于小应力、高循环次数（通常 > 10⁴次）下的疲劳破坏（如轴承、齿轮），测试需持续高频率循环（可达数千次 / 分钟），直至材料断裂或达到预设循环次数（如 10⁷次视为 “无限寿命”）。
- 疲劳裂纹扩展测试
- 预先在试样上制造微小裂纹，通过监测裂纹长度随循环次数的变化，计算裂纹扩展速率，评估材料的抗裂纹扩展能力（用于断裂力学分析）。
三、按环境因素耦合测试分类
许多疲劳测试需结合环境条件，模拟材料在复杂环境中的性能：
- 高低温疲劳测试：在高温（如发动机零件）或低温（如极地设备）环境下施加交变载荷，评估温度对疲劳寿命的影响。
- 腐蚀疲劳测试：在潮湿、盐雾或化学介质中测试（如海洋工程设备、化工管道），研究腐蚀与疲劳的协同作用。
- 振动疲劳测试：通过高频振动模拟交通工具（如飞机、高铁）的振动环境，测试部件的抗共振疲劳能力。
四、测试的核心目的
- 确定材料的疲劳极限（即材料能承受无限次循环而不断裂的最大应力值）。
- 评估零部件在实际工况下的使用寿命，为产品设计提供数据支持（如确保汽车零件寿命达 10 万公里以上）。
- 优化材料配方或工艺（如通过调整热处理工艺提升金属的抗疲劳性能）。
- 验证产品可靠性，降低因疲劳断裂导致的安全风险（如桥梁坍塌、飞机事故等）。
总之，疲劳试验机的测试核心是模拟材料在长期重复受力下的损伤过程，其结果直接关系到产品的安全性、耐久性和经济性，广泛应用于航空航天、汽车制造、机械工程、材料科学等领域。
