中國網/中國發展門戶網訊 疲勞失效是工程構件長期可靠服役所面臨的重要問題。近期，中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心張廣平研究員團隊在前期小尺度材料疲勞行為研究的基礎上，與東北大學材料科學與工程學院張濱教授團隊合作，提出了一種材料疲勞性能高通量、快速評價的思想，設計並建立了一種能夠同時對多個小微試樣進行對稱彎曲疲勞載入的測試系統，並在其上對核電、高鐵、汽車等領域用的幾種典型工程材料進行了高通量疲勞測試，通過對比和計算模擬進行了驗證，建立了材料疲勞性能的高通量測試技術和方法。

為了評價工程構件及各種材料的疲勞可靠性，人們往往依據ASTM、GB等現行測試標準，採用足夠數量的疲勞試樣進行大量長時疲勞測試，這種既耗時又耗材的疲勞測試方法在工業界和實驗室已使用了近百年。如何建立高通量（一次性對多個樣本進行檢測）疲勞測試方法與表徵技術，實現低成本、快速評估材料疲勞可靠性是一個有待解決的關鍵問題。

據介紹，該技術既可模擬標準規定的疲勞極限升降法快速獲得材料的疲勞極限，也可一次性獲得應力幅或應變幅與疲勞壽命之間的曲線；並在一週內快速獲得材料的疲勞數據，耗時僅為採用前述標準測試方法的1/4；基於經典的Tanaka-Mura模型，科研團隊建立了該測試技術所獲得的材料疲勞極限與標準試樣疲勞極限間轉換因子的理論預測模型。此外，利用該技術分別對經不同溫度長時熱暴露和經γ射線輻照的核主泵螺栓用F316不銹鋼的疲勞性能進行了評價，證明了該方法在工程實際的適用性，為先進材料的疲勞性能快速評價提供了新策略。

該高通量疲勞性能測試系統、技術與原理的建立不僅為核電等在役關鍵工程構件疲勞性能測試提供了一種低成本、高效快速的新方法，且為增材製造複雜形性構件、材料表面涂層、腐蝕層和改性層、焊縫區以及材料結構單元和應力、應變集中區域等微小區域的本徵疲勞性能評價提供了有效的評價策略，為在役工程構件疲勞可靠性“體檢”提供新思路。同時，這一高通量疲勞性能測試方法和評價技術有望進一步推動材料、構件疲勞性能數據庫的高效建立和物理模型-數據融合驅動的工程構件疲勞壽命的快速預測。

高通量對稱彎曲懸臂梁疲勞測試系統示意圖

(a)典型工程材料高通量方法與標準方法測試的疲勞性能對比；(b)轉換因子與材料尺度的函數關係；(c)採用高通量與標準方法進行疲勞極限測試所需時間對比；(d) F316鋼服役工況下高通量疲勞性能測試與驗證