最早的靜態(tài)試驗機是機械式，如英國早在1880年已生產(chǎn)了杠桿重錘式材料試驗機,在1908年又生產(chǎn)了螺母、螺桿加載的萬(wàn)能試驗機(電子萬(wàn)能試驗機的雛形)，這些試驗機可進(jìn)行材料的拉伸、壓縮、彎曲和扭轉等驗，約在90年前，瑞士Amsler公司開(kāi)發(fā)了液壓萬(wàn)能試驗機，這種試驗機較機械式操作簡(jiǎn)便、輸出力大、結構簡(jiǎn)單、體積緊湊，能完成材料的各種靜態(tài)力學(xué)性能試驗。
僅僅了解材料的靜態(tài)力學(xué)性能是遠遠不夠的，在現實(shí)生活中大部分的破壞是因為疲勞破壞。根據國外統計，失效的機器零件中50%-90%為疲勞破壞。因此許多發(fā)達國家非常重視對疲勞強度的研究。
疲勞問(wèn)題的產(chǎn)生可追溯到19世紀初葉，產(chǎn)業(yè)革命以后，隨著(zhù)蒸汽機車(chē)和機動(dòng)運載工具的發(fā)展以及機械設備的廣泛應用，運動(dòng)部件的破壞經(jīng)常發(fā)生。破壞往往發(fā)生在零部件的截面突變處。破壞處的名義應力不高，低于材料的強度極限，有時(shí)還低于屈服極限。
對疲勞現象首先系統研究的實(shí)驗者是德國人A.Whler(沃勒)，他自1847年起，在擔任機車(chē)車(chē)輛廠(chǎng)廠(chǎng)長(cháng)和機械廠(chǎng)廠(chǎng)長(cháng)的23年中，對金屬疲勞進(jìn)行了深入系統的研究。1850年，德國人A.Whler(沃勒)設計了第一臺用于機車(chē)車(chē)軸的疲勞試驗機(亦稱(chēng)A.Whler疲勞試驗機)，用來(lái)進(jìn)行全尺寸機車(chē)車(chē)軸的疲勞試驗。以后他又研制出多種型式的疲勞試驗機，并首次用金屬試樣進(jìn)行疲勞試驗。他在1871年發(fā)表的論文中，系統論述了疲勞壽命和循環(huán)應力的關(guān)系，提出了S-N曲線(xiàn)和疲勞極限的概念，確立了應力幅是疲勞破壞的決定因素，奠定了金屬疲勞的基礎。因此公認A.Whler(沃勒)是疲勞的奠基人，有“疲勞試驗之父”之稱(chēng)。
從19世紀70年代到90年代，Gerber W.(格伯)研究了平均應力對疲勞強度的影響，提出了Gerber拋物線(xiàn)方程，英國人Goodman J.(古德曼)提出了著(zhù)名的簡(jiǎn)化直線(xiàn)—Goodman圖。1884年Bauschinger J.(包辛格)在驗證Whler疲勞試驗時(shí)，發(fā)現了在循環(huán)載荷下彈性極限降低的“循環(huán)軟化”現象，引入了應力—應變遲滯回線(xiàn)的概念。但他的工作當時(shí)人們并不重視，直到1952年Keuyon(柯楊)在做銅棒試驗時(shí)才把它重新提出來(lái)，并命名為“包辛格效應”。
20世紀初葉，開(kāi)始使用金相顯微鏡來(lái)研究疲勞機制。1903年Ewing J.A.(尤因)和Humfery J.C.W.(漢弗萊)在單晶格鋁和多晶格鐵上發(fā)現了循環(huán)應力產(chǎn)生的滑移痕跡，指出了疲勞變形是由于與單調變形相類(lèi)似的滑移所產(chǎn)生。1910年Bairstow(拜爾斯托)研究了循環(huán)載荷下應力—應變曲線(xiàn)的變化，測定了遲滯回線(xiàn)，建立了循環(huán)硬化與循環(huán)軟化的概念;并且還進(jìn)行了程序疲勞試驗。在此時(shí)期，英國人Gough H.J.(高爾)在疲勞機制的研究上做出了很大貢獻;他還進(jìn)行了彎—扭復合疲勞試驗，研究了彎—扭復合應力下的疲勞強度;并在倫敦出版了一本巨著(zhù)《金屬疲勞》。
1929年美國人Peterson R.E.(彼特遜)對尺寸效應進(jìn)行了一系列試驗，提出了應力集中系數的理論值。1929年—1930年英國人Haigh B.P.(海夫)對高強鋼和軟鋼的不同缺口效應做了合理解釋。
1945年美國人Miner M.A.(邁因納)在對疲勞損傷積累問(wèn)題進(jìn)行了大量試驗研究的基礎上，將Palmgren J.V.(帕姆格倫)1924年提出的線(xiàn)性累積損傷理論公式化，形成了著(zhù)名的Palmgren—Miner線(xiàn)性累積損傷法則(簡(jiǎn)稱(chēng)Miner法則)。在20世紀40年代前蘇聯(lián)的CepeHceH C.A.(謝聯(lián)先)還提出了常規疲勞的設計計算公式，奠定了常規疲勞設計的基礎。
1952年美國國家航空管理局劉易斯研究所的Manson S.S.(曼森)和Coffin L.F.(科芬)，在大量試驗的基礎上，提出了表達塑性應變與疲勞壽命關(guān)系的Manson—Coffin方程，奠定了低周疲勞的基礎。20世紀50年代使用電子顯微鏡，給疲勞機制的研究開(kāi)拓了新紀元。
用概率統計方法處理疲勞試驗數據是從20世紀40年代開(kāi)始的。1949年Weibull W.(威布爾)發(fā)表了對疲勞試驗數據進(jìn)行統計處理的著(zhù)名方法。1959年P(guān)ope J.A.(波普)指出疲勞壽命服從對數正態(tài)分布。20世紀60年代開(kāi)始將統計學(xué)應用于疲勞試驗和疲勞設計，1963年美國材料試驗學(xué)會(huì )(ASTM)上午E9委員會(huì )總結了這方面的研究成果，發(fā)表了《疲勞試驗與疲勞數據的統計分析指南》(ASTM STP91A)一書(shū)。
在上個(gè)世紀50年代初，出現了高速響應的永磁式力矩馬達，50年代后期又出現了已噴嘴擋板閥為先導級的電液伺服閥，使電液伺服系統成為當時(shí)響應最快，控制精度最高的伺服系統。1958年美國勃萊克布恩等公布了他們在麻省理工學(xué)院的研究工作，為現代電液伺服系統的理論和實(shí)踐奠定了基礎。60年代各種結構的電液伺服閥的相繼問(wèn)世，特別是以穆格為代表的采用干式力矩馬達的級間力反饋的電液伺服閥的出現和各類(lèi)電反饋技術(shù)的應用，進(jìn)一步提高了電液伺服閥的性能，電液伺服技術(shù)日臻成熟，電液伺服系統已成為武器和航空、航天自動(dòng)控制以及一部分民用技術(shù)設備自動(dòng)控制的重要組成部分。
電液伺服動(dòng)態(tài)疲勞試驗機，在此背景下隨著(zhù)電液伺服技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)。由于它既能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的高低周疲勞試驗、程序控制疲勞試驗，也能進(jìn)行靜態(tài)的恒速率、恒應變、恒應力控制下的試驗和各種常規的力學(xué)性能試驗，還可進(jìn)行斷裂力學(xué)試驗，根據需要也可以進(jìn)行部分的振動(dòng)和沖擊試驗，也可以對廣義范圍上材料或構件的疲勞壽命、裂紋擴展、斷裂韌性性能測試、實(shí)際試件的安全性評價(jià)、工況模擬等，因此有著(zhù)其它任何種類(lèi)的試驗機所不能比擬的優(yōu)勢，是國際疲勞界最推崇的材料試驗設備。
20世紀60年代，隨著(zhù)大規模集成電路的出現，研制出了能夠模擬零部件服役載荷工況的隨機疲勞試驗機。20世紀70年代，國外已廣泛使用電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗裝置來(lái)進(jìn)行隨機疲勞試驗。20世紀90年代，已經(jīng)出現了上下位機結構的全數字的伺服控制器，閉環(huán)控制計算速率達到了6kHz，數據傳輸采用100Mb以太網(wǎng)卡(Ethernet)，可以完成控制模式的平滑無(wú)擾切換、多通道的協(xié)調加載以及各種工況譜的實(shí)驗室再現。
低周疲勞Manson—Coffin方程、電子顯微鏡以及電液伺服動(dòng)態(tài)疲勞試驗機的出現被國際疲勞研究界認為是疲勞研究的三大貢獻，電液伺服動(dòng)態(tài)疲勞試驗機由于采用了閉環(huán)控制技術(shù)，從而在試驗中可以模擬實(shí)際使用工況，大大促進(jìn)了疲勞試驗的發(fā)展。 |
