疲劳强度期中作业(译文)
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通过使用加载能力为100KN的伺服液压英斯特朗1341机器和为与这项工作相匹配而特意制作的特殊设备进行管状试件的静态和疲劳试验。图2（b）显示了在特定情况下，该设备执行阶段性弯曲/扭转试验，纯弯（B）、纯扭（T）以及阶段性弯曲/扭转试验均为频率值为3Hz的正弦横幅加载，应力比R=0.05和0.3，所有试验均在室温下进行，峰值载荷，峰值位移和循环周期数由实验过程中机器的控制来检测。
图3为该加载装置的示意图，它显示了在试验过程中如何加载弯曲和扭转力矩。在不同试验中，试样上由试验机所施加的力（F）和由此产生的弯曲（B）及扭转力矩（T）之间的关系也显示在该图中。在每个试验研究中所使用的变量L1—L4的值均为定值，变量L4是为了对弯曲力矩和扭转力矩比值（B/T）进行必要的修正，因为该比值取决于螺杆在槽中的位置（如图2（b）和图3）。图3也可用于建立试验机加载力（F）与试样最大额定应力之间的联系。
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在单一的弯曲试验情况中（如图3（a）），试样横截面处的最大弯曲应力（σ）和试验机加载的力（F）之间的关系可用方程（1）表示：
在单一的扭转试验情况中（如图3（b）），试样横截面处的最大剪切应力（τ）和试验机加载的力（F）之间的关系可用方程（2）表示：
对于阶段性弯曲—扭转试验（如图3（c）），联立方程（2）与方程（3），相应的有，试样横截面处的最大剪切应力（τ）和最大弯曲应力（σ）与试验机加载的力（F）之间的关系。
通过之前的两个方程，弯曲应力和扭转应力的比值（τ/σ）可定义为方程（4）：
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结果与讨论
在弯曲和扭转的同时作用下，表面上最大弯曲应力点和由扭转引起的最大剪应力点的应力状态如图4所示。最大轴向弯曲应力σ和表面剪切应力τ可视为名义应力，相应的用方程（5）和（6）来表示：
其中B为弯曲力矩，T为扭转力矩，D和d分别为管状试样的外径和内径。 双轴度比值λ是用于描述铺层中局部的多轴应力状态，具体可参考Quaresimin等人
[16]
的文章。
其中σ是名义应力，τ是根据方程（5）和（6）计算得到的剪切应力。
本节描述了从弯曲，扭转和双轴弯曲/扭转载荷作用下获得的静态和疲劳试验结果，
静态强度通过从载荷——位移曲线中得到的最大载荷值计算得出，每种试验条件至少执行三次。
图5显示了在静态纯弯曲和弯曲/扭转试验中一个典型的弯曲应力—位移曲线，随着扭转力矩增大，最大弯曲应力以及失效变形大幅减小，而扭转应力所引起的破坏不断扩大。静强度应力值可以在峰值载荷下由方程（5）和（6）计算获得，表1总结了λ=0.25和0.5时，纯扭、纯弯和弯曲/扭转共同作用下的剪切应力和弯曲应力，除了平均强度值，标准差也在表中显示出来了。图6描绘了强度值与标准差的比值之间的关系。
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这些非三维强度参数通过采用单轴载荷对应的应力强度除以双轴应力分量计算得出，随着λ的增加，可以观察到弯曲强度大幅下降。图6还对试验值和采用Tsai–Hill准则预测值进行了比较，根据Tsai–Hill准则[28]，双轴弯曲/扭转载荷（只有轴向应力σ和剪切应力τ）作用下的静态失效可以由下面的方程得出：
尽管通常的试验数据是离散的，但是实验结果和Tsai–Hill准则预测值之间还是吻合得很合理。
图7显示了在R=0.05时纯弯以及λ=0.25和0.5时弯曲/扭转的疲劳强度，定义为弯曲应力幅值除以失效循环数，从图7中可以看出，正如El-Assal和Khashaba[10]所预期的那样，由于失效机制的改变，剪切应力的增加极大地减小了疲劳强度，以105次循环作为参考寿命,当λ=0.25和0.5时，用弯曲应力幅值表征的疲劳强度相应地降低35%和62%。疲劳弯曲强度的减少是由静强度降低和失效机制发生重大改变所导致的，在疲劳强度中平均应力的影响可通过疲劳试验分析得出，试验条件是当应力比R=0.05和0.3时，并且在下述不同的载荷模式下进行：纯弯、纯扭和双轴弯曲/扭转（λ=0.5）。纯弯、双轴弯曲/扭转（λ=0.5）和纯扭试验的结果如图8（a）~（c）所示，对于弯曲/扭转载荷，当应力比R从0增加到0.3时，会导致疲劳强度大幅减少，而对于纯弯曲和纯扭转，可以看到疲劳强度的减幅较小。同样还以105次循环作为参考寿命, 对于纯弯、双轴弯曲/扭转（λ=0.5）和纯扭，用应力幅值表征的疲劳强度相应地降低9%、22%和8%。