一、弯曲疲劳试验的定义与分类
弯曲疲劳试验是评估材料或构件在反复弯曲载荷作用下的耐久性和失效行为的测试方法。根据试样类型和加载方式，可分为以下几类：
1. 旋转弯曲疲劳试验
原理：试样旋转并承受恒定弯矩，直至失效或达到预定循环次数。
适用场景：金属材料（如钢、铝合金）的疲劳极限评估、材料洁净度检测（如中村试验）。
标准依据：
GB/T 4337-2008（等同采用ISO 1143:2021）；
ASTM E466（金属材料轴向疲劳试验）。
2. 四点/三点弯曲疲劳试验
原理：通过夹具对试样施加周期性弯曲应力，模拟实际工况下的弯曲变形。
适用场景：
金属/复合材料：评估薄板、层合板的平面弯曲性能（如ISO 22407:2021）；
PCB板：使用四点弯曲夹具测试柔性电路板的耐久性（IPC-9701A）。
3. 复合软管弯曲疲劳试验
原理：通过机械装置（如转盘偏心轴）实现软管的往复弯折，模拟实际使用中的动态弯曲。
适用场景：石化行业复合软管的耐久性测试（如厦门市卓励石化设备专利技术）。
二、测试方法与步骤
1. 试样制备
尺寸与形状：
旋转弯曲试样：推荐直径6mm、7.5mm、9.5mm，表面粗糙度Ra<0.2μm（GB/T 4337）；
四点弯曲试样：矩形截面，长度与宽度根据标准要求（如IPC-TM-650）。
表面处理：
机械加工需去除划痕，避免残留应力；
硬质材料需磨削（进给量≤0.005mm/r），最终抛光方向沿轴线。
2. 试验设备与参数
设备类型：
旋转弯曲试验机（如Nakamura试验机）；
动态疲劳试验机（用于四点/三点弯曲）；
复合软管测试装置（如专利CN 222689563 U）。
关键参数：
频率：15Hz~200Hz（旋转弯曲），0.5Hz~2Hz（金属二维材料）；
循环次数：覆盖低周（<10⁴次）至高周（>10⁶次）疲劳区间；
环境条件：温度25~85℃，湿度30%~85%（模拟实际工况）。
3. 加载模式
旋转弯曲：试样旋转时承受恒定弯矩，通过悬臂梁或四点加力实现。
四点弯曲：试样放置于固定支点上，施加对称载荷形成均匀应变场。
复合软管：通过转盘同步正反转，使软管两端相互靠近/远离，实现弯折（如专利技术）。
4. 测试终止条件
失效判定：
断裂、裂纹扩展、突加载荷下降（旋转弯曲）；
PCB板出现开裂、分层（IPC标准）。
数据记录：
应力-寿命（S-N）曲线；
电阻变化率（ΔR/R₀）、裂纹扩展速率（da/dN）。
三、关键标准与应用场景
1. 金属材料
标准：
GB/T 4337-2008：旋转弯曲疲劳试验方法；
ASTM E466：轴向力控疲劳试验；
ISO 22407:2021：轴向平面弯曲疲劳试验（新国标正在制定）。
应用：
汽车轮毂、曲轴、钢丝绳等关键部件的寿命评估；
金属二维材料（如MoS₂、Ti₃C₂Tx）的层间滑移与疲劳失效分析。
2. 复合材料与PCB
标准：
IPC-9701A：PCB弯曲疲劳测试；
ASTM D3479：复合材料拉-拉疲劳试验。
应用：
柔性电子器件（如折叠屏）的折叠耐久性测试；
石化行业复合软管的高压/高温环境耐久性验证。
3. 特殊材料
金属二维材料：
加载模式：180°折叠模拟柔性屏场景；
监测技术：原位SEM观测裂纹萌生（>100nm），结合电阻突变（ΔR/R₀>10%）判定失效。
四、最新技术进展与专利
1. 复合软管测试装置（厦门市卓励石化设备）
专利技术：
通过双转盘偏心轴实现软管的往复弯折，支持多尺寸适配；
单电机驱动+换向齿轮箱，结构简单且符合测试标准。
优势：
支持高压（如80℃、8MPa）环境下的综合测试；
适用于石油、化工行业高压软管的耐久性评估。
2. 金属二维材料测试
创新点：
应变-寿命模型：基于Coffin-Manson公式修正，考虑层数与缺陷屏蔽效应；
机器学习预测：随机森林算法预测剩余寿命（误差<15%）。
五、注意事项
试样表面处理：
禁止残留环向划痕（旋转弯曲试样）；
柔性材料需避免预损伤（如PCB板裁切时的毛刺）。
环境控制：
高温试验需监测试样温度（不超过熔点30%）；
湿度可能加速腐蚀，需结合材料特性调整。
数据同步监测：
金属材料：结合阻抗谱（EIS）区分界面与本征电阻变化；
复合材料：AFM测量表面粗糙度（Ra）与应变局域化。
六、未来标准动态
国家标准更新：
GB/T 4337修订版：整合ISO 1143:2021，新增测量不确定度分析和试验报告范例；
新标准GB/T 轴向平面弯曲法：2023年立项，针对薄板材料真实工况疲劳性能评估。
通过以上方法和标准，可系统评估材料在弯曲载荷下的疲劳寿命，为产品设计、工艺优化及质量控制提供科学依据。