从S-N曲线到设计许用值——ASTM D6873/D6873M-23轴承疲劳测试的数据输出与工程应用
一、核心数据输出成果
ASTM D6873/D6873M-23提供了多种数据输出形式，全面描述复合材料螺栓连接的轴承疲劳行为：
| 数据输出 | 工程意义 |
|---|---|
| 孔伸长量-疲劳寿命曲线 | 给定轴承应力下，孔伸长量与循环次数的关系 |
| 接头刚度降低-疲劳寿命曲线 | 给定轴承应力下，刚度退化与循环次数的关系 |
| 轴承应力-孔伸长量曲线 | 选定循环周次下，轴承应力与孔伸长量的关系 |
| 轴承应力-刚度降低曲线 | 选定循环周次下，轴承应力与刚度降低的关系 |
| 轴承应力-疲劳寿命曲线（S-N） | 给定孔伸长量或刚度降低值下的S-N曲线 |
二、S-N曲线的建立
S-N曲线（应力-寿命曲线）是轴承疲劳测试的核心输出成果：
绘制方法：
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以轴承应力（施加的轴承力除以孔投影面积）为纵坐标
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以对数疲劳寿命lg(Nf) 为横坐标
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绘制S-N曲线
曲线拟合：
可采用幂函数模型拟合：σ^m · N = C，取对数后线性回归。统计分析可参照ASTM E739进行。
疲劳极限确定：
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若S-N曲线在10⁶～10⁷次后趋于水平，取该平台应力值为轴承疲劳极限
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若在10⁷次后无明显水平平台，以10⁷次对应的轴承应力为条件疲劳极限
三、疲劳损伤的定量评估
标准第5.2条指出，本规程可用于研究聚合物基复合材料轴承试样的疲劳损伤：
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强度退化测定：可通过中断循环加载，按ASTM D5961/D5961M测定剩余静态轴承强度
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比较疲劳前后的强度损失，定量评价疲劳损伤累积对承载能力的影响
四、影响轴承疲劳响应的关键因素
标准第5.3条列出了影响轴承疲劳响应的因素，须在报告中全部记录：
| 类别 | 具体因素 |
|---|---|
| 材料与铺层 | 材料、制造方法、铺层精度、铺层顺序、总厚度、纤维体积含量、孔隙率 |
| 试样与孔 | 试样几何、试样制备（特别是孔的制备）、紧固件-孔间隙 |
| 紧固件 | 紧固件类型、几何、安装方法、扭矩、埋头孔深度 |
| 环境与测试 | 试样状态调节、测试环境、温度时间、配合材料类型 |
| 夹具与加载 | 支撑夹具类型、试样对中与夹持、测试频率、应力比、轴承应力大小 |
五、行业应用场景
1. 航空航天——螺栓连接设计的核心输入
飞机结构中含有大量螺栓连接——机翼与机身连接、蒙皮与骨架连接、接头与接头连接。这些连接部位是疲劳失效的高发区域。ASTM D6873/D6873M-23提供的轴承疲劳数据，是飞机结构损伤容限设计和连接件疲劳寿命预测的核心输入。
2. 风电叶片——螺栓连接疲劳评估
风电叶片由多段通过螺栓连接而成，叶片根部通过螺栓与轮毂连接。这些连接在20年设计寿命中承受数亿次交变载荷。轴承疲劳测试数据支撑叶片连接设计和维护周期的确定。
3. 汽车轻量化——复合材料的连接可靠性
随着碳纤维复合材料在车身、底盘中的应用，螺栓连接成为主要的连接方式之一。轴承疲劳性能直接关系到碰撞安全性和长期耐久性。
六、标准的工程价值总结
| 应用价值 | 具体体现 |
|---|---|
| 设计输入 | 提供轴承S-N曲线和疲劳极限，支撑螺栓连接疲劳设计 |
| 设计许用值 | 为材料规范提供轴承疲劳设计许用值 |
| 损伤评估 | 通过强度退化测定量化疲劳损伤 |
| 质量保证 | 评估不同批次连接件的轴承疲劳性能一致性 |
| 国际认可 | ASTM标准在全球航空航天供应链中被广泛认可 |
七、化学工业合成材料老化质量监督检验中心的服务能力
化学工业合成材料老化质量监督检验中心（广州老化所）下设复合材料检测实验室，具备依据ASTM D6873/D6873M-23标准开展聚合物基复合材料层压板轴承疲劳响应测试的能力。中心拥有CNAS、CMA双资质，出具的检测报告具有法律效力，在国内及国际认可体系内均被采信。
中心可服务于：
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航空航天单位：符合适航要求的复合材料螺栓连接轴承疲劳性能评价
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风电叶片企业：叶片连接结构的轴承疲劳性能验证
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汽车与轨道交通企业：轻量化结构螺栓连接的疲劳性能评估
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高校与科研院所：轴承疲劳试验与论文数据支撑
