一、概述
影响接头连接处疲劳寿命的因素很多，端部多方向循环受力引起的弯曲疲劳是其中原因之一。对这种情况下，对疲劳寿命进行评估的最有效方法是对试件进行旋转弯曲疲劳试验。在接头的所有试验中，旋转弯曲试验无疑是重要的一项考核项目，且是最容易出现问题的考核项目。目前的标准体系中，对接头旋转试验有要求的部分标准如表1：
表1接头旋转弯曲部分标准
二、各标准具体要求
1、ASTMF-管道系统和配管的机械连接管件（MAF）性能技术规范
标准ASTMF-中的A10规定了旋转弯曲试验，具体要求如下：
试件形状应符合图1所示。应变计应置于试件高应力侧4.6mm（0.18inch）范围内。
配管长度（最小）为配管外径的5倍。
介入并保持到位的挠矩最小值应为配管材质的极限抗拉应力的35%。
随着扭矩锁定到位，将试件加压至3.45MPa（psi）最小静压。在整个试验过程中保持该扭矩和压力。
在保持既定的弯曲应力水平和压力时，以一个最小速度rpm的旋转运动弯曲试件至少1×次循环。
如果实验过程中发生失压，则试件未能通过试验。
旋转弯曲试验结束后，对试件进行水压检验试验。成功完成旋转弯曲试验和水压检验试验而无渗漏，则试件通过该试验。
2、GB/T-卡套式管接头技术条件
按下表及所述参数和步骤进行。
表2振动试验的参数及步骤
按图2准备振动试验总成，应变片安装在图示规定的位置，最小计量长度L应不小于表3的规定。
1——应变片；4——固定端；
2——受驱端；5——液压源。
3——试验总成；
a）旋转或平面振动试验总成装置
1——应变片；4——液压源；
2——受驱端；5——施加载荷位置。
3——试验总成；
b）旋转振动试验总成与装置（可选）
图2振动试验总成与装置
表3最小计量长度单位为毫米
如图2所示，把试验总成安装在可提供旋转或平面振动的试验夹具中。
加压至管子的最大工作压力。
在未安装应变片的管端，施加弯曲载荷，直至轴向综合应力达到管材最小屈服强度的25%。
试验总成按10Hz~50Hz的频率振动至失效或振动万次。
如果振动次数不到万次连接即失效，记录下振动次数和失效类型。
3、GB/T-/ISO:液压管接头试验方法
GB/T-/ISO:标准中对于振动试验的要求，与GB/T-标准中的要求一致，在此不再赘述。
4、ISO:航空器液压管接头和连接接头扭转弯曲试验
试验装置应能够测试直通或穿板式接头试样以及其他型式，如弯头和三通。
旋转弯曲试验装置应类似于图3所示。每个旋转弯曲试验装置应能测试一个试样，但多个试样可安装在一个板上。
试验装置应能在试验期间持续保持所需的工作压力。除非另有规定，否则试验流体应为水或系统流体（工作流体）。典型的增压和自动停机系统如图4所示。如果出现故障或压降，应自动关闭。如果采购机构有规定，设备应能够在受控恒温下进行测试。
试验装置的尾座应设计为允许在初始安装和试样安装期间对准，并用作压力转接管路。旋转头座应具有一套低摩擦、自对准轴承，并应设计为允许最大偏移25mm/1in，且能在1rpm~rpm范围内的某一周率恒速转动。基座应为刚性结构。
试样应由转接接头（头座端）、一段直管和尾座端的测试接头组成。典型试样如图5所示。管道的尺寸和壁厚应符合用户或采购机构的规定。
1挠曲度调定8转接接头
2自动定心轴承9最大10mm/0.inch
3试件长度L10(5±1)mm/(0.±0.)inch
4尾座11液压源
5尾座调节螺钉12偏移量
6代替应变片的千分表（在水平和垂直方向调整）13应变片
7头座14试验接头（试件可拆卸连接）
图3典型旋转弯曲试验示意图
1尾座
2液压源
3蓄能器以适应压力
4氮气压力
5传动装置2:1比
6实验室测试压力计，约30kPa
7实验室测试压力计，约10kPa
8针阀
9微动开关（用于停止电机和循环计数器）
图4典型旋转弯曲试验液压示意图
a）固定穿板式接头b）对焊接头
c）不可拆卸接头d）对焊接头
e）不可拆卸接头
f）可拆卸的，对焊连接接头g）可拆卸的，内锻接头
h）可拆卸的外部锻造接头i）可拆卸或不可拆卸T形件
j）可拆卸或不可拆卸弯头
k）可拆卸的活接头，法兰式隔板
1固定
2最大12mm/0.inch
3夹紧
图5典型试验图
S弯曲应力
N疲劳破坏次数
注：可以建立这样的曲线来说明在不同材料或配件附件的比较测试中可能的观察结果。
图6用于表征各种类型的配管或接头的S/N曲线
D偏移位移
N疲劳破坏次数
注：应变仪读数和偏移之间的相关性可能因不同的接头设计而异。例如，机械连接的接头可能在接头中显示出一些移动，而焊接接头将是刚性的。此外，如果比较钛合金和耐腐蚀钢等不同管材的S/N和D/N曲线，则会发现显着差异。
图7D/N曲线偏移/疲劳强度
旋转弯曲试验试样的长度L应如表4和表5所示，并根据配件设计按图3或图5所示进行测量。对于中等尺寸，长度L可以从表格中插值。每组试样的所需应变或弯曲应力水平由头座中试样的偏转引起。在施加压力之前，按要求弯曲至规定的应力水平。应始终使用应变计，除非连续使用相同的试样和设备使千分表的设置可以接受。然而，千分表的此类设置应在使用应变计进行试验之前确定。无论何时使用新的测试设备，都应使用应变计。典型的应力循环如图8所示。
如图3或图5所示，通过千分表在长度L处测量计算应力水平所需的试样挠度。
当进行鉴定试验时，或当挠度绘图特别有意义时，例如，为了比较钢管和钛管，可以使用已建立的挠度设置来代替应变计的应力测定。
配件/管道组合应按照图4所示的特征曲线进行分类，所有S/N故障数据点位于图6上方。应按照规定所述建立特性曲线，显示各种弯曲应力水平下的失效循环。
失效循环应如图7所示绘制，显示各种挠度设置的失效循环（挠度设置可能与前文中概述的弯曲应力水平相对应）。
注：绘制挠度图以代替周期内的应力，可能有助于评估配件的刚度或比较不同管材（如耐腐蚀钢和钛）的柔韧性。
1最大应力
2最小应力
Sp内压产生的平均轴向应力
Sb弯曲引起的应力
Sf综合应力，Sp+Sb
图8具有内压的典型交变应力循环
应在每个试样上安装应变计。应变计的类型和位置应如下所示：
类型：对于DN16/-10的管子：大约4mm（0.16inch）。
对于尺寸为DN20/-12及以上的管子：约8mm（0.32inch）。
位置：按图3所示安装，相隔90°。
注：在X轴和Y轴上成对安装四个应变片是可选的。
试验前，应测量并记录试样的准确外径和壁厚。还建议检查直线度，如果不直线，则拒收或至少在管端未对齐的平面上标记试样。
应将管总成安装到尾座中，并手动拧紧单独的配件，以便进行后续调整。设置程序如下所示。
——在安装和拧紧装配螺母之前，应测量并记录管试样的自由状态微应变读数。
——头座端部的自对准轴承应大致居中，并插入适配器。然后，应小心拧紧尾座端部，以避免将试样移出直线。
——应将可重新连接的接头拧紧至所需的扭矩值。
——在拧紧过程中，应借助位于管子从动端的一个（最好是两个）千分表保持试样的对称性。在中心位置拧紧调整螺栓后，应检查水平和垂直位置的对称性。用手转动头座时，每个千分表应显示小于±0.08mm（±0.inch）的不对称偏转。对于应变测量试样，微应变读数与上述自由状态微应变读数的偏差不得超过±20微应变。
——每次检查时，头座轴可在其轴承中前后移动。对于正确对齐的试样，轴将自由移动。
按照规定将试样归零后，应首先调整头座，以产生比所需弯曲应力值低约5%的应变计读数。机器应短暂开启至静止转速，并记录动态读数（即每分钟全试验转数下两个应变计读数的最大绝对值）。这个读数应该在试验规定值的±10微应变或目标弯曲应力的±5%。通常需要进行一些调整。
偏转设置由千分表测量，如图3、表4和表5所示
使用应变计（S/N）或千分表（D/N）方法完成弯管设置后，将规定的系统压力引入试样中。
（1）S/N测试
每种尺寸至少四组至少两个试样（试样对）应进行弯曲试验，试验结果应绘制在半对数图上，S/N特性曲线网格上，如图6所示。
第一组试样应施加35%极限强度的弯曲应力。弯曲应力设置应在施加系统压力之前进行，系统压力应保持到试验失败或完成。对于低强度管材（铝），第一组试样应施加30%极限强度的弯曲应力。
如果第一组的失效点在0到00次循环之间，弯曲应力应以5%的增量减小。
如果第二组的失效点在20万到万次循环之间，弯曲应力应以2%的增量降低。
再绘制两组数据点后，对数据的检查将表明最后一组测试的可能应力水平。应选择这些水平，以完成S/N曲线，最后一个测试集完成或超过万个弯曲循环。至少有三组在少于万次循环时失效。
发生故障后，应检查并记录装配螺母的挠度和扭矩拧紧度。
（2）挠度/疲劳试验
应遵循上述的相同基本程序，但挠度设置在失效周期内绘制，如图7所示。
总组合应力按公式（1）计算：
S最大总轴向应力；
emax最大测量轴向单位弯曲应变；
E管材的弹性模量；
P内压；
d0管子外径；
di管子内径。
5、SAEARPB-液压管路接头和配件挠曲试验
试验装置应能对导管和直通接头、过隔板接头以及其他接头如弯接头、三通接头等试件进行试验。旋转弯曲试验装置可以类似于图9所示。其他的设计设备同样也可使用。每个旋转弯曲试验装置应该能够测试一个试样，但也可以一次测试多个试样。
该装置应能在试样中保持高达psi的恒定压力。液压油可以是系统油，如MIL-H-、MIL-H-或商用喷气式飞机中使用的磷酸酯油。典型的增压和自动停机系统如图10所示。如果出现故障或压降，应自动关闭。如果采购机构有规定，设备应能够在受控恒温下进行测试。试验设备的尾座应设计成能在装配时和装上试件后调整其轴线位置，并可作为压力转换接管，试验设备的旋转头座应具有一套低摩擦自动定心轴承，并应设计的能使试件最大偏移1英寸，且旋转频率在1rpm至rpm范围内恒定。底座应为刚性结构。
试样应由转接接头（头座端）、一段直管和尾座端的测试接头组成，典型试样如图11所示。管子应为用户或采购方指定的尺寸和壁厚，对试样采用弯头和三通参照ARP。
图9旋转弯曲试验示意图
图10旋转弯曲试验液压系统示意图
图11试件结构
试件长度：旋转弯曲试验中试件长度L参照表6，根据设计的接头，测量位置如图9或图11所示。
表6
应力测定：每组试样的所需应变或弯曲应力水平由试样在头座上的偏转引起。应使用应变计和概述的程序确定各种挠度设置的弯曲应力水平以及弯曲和压力产生的组合应力。应始终使用应变计，除非连续使用相同的试样和设备使千分表的设置可以接受。然而，千分表的此类设置必须在使用应变计进行测试之前确定。无论何时使用新的测试设备或测试新的管材或管壁，都应使用应变计。
偏移：标准中说明通过试样偏移的改变导致应力大小的变化，或如ARP中描述，在图9中L0处使用百分表测量偏移。当按照上文进行鉴定试验时，或当挠度绘图特别有意义时，例如为了比较钢管和钛管，可使用AIR和ARP规定的挠度设置代替应变计测定应力。
根据S/N弯曲性能对接头进行分类的方法：
接头/管的组合应按图12所示的特性曲线进行分类，所有S/N故障数据点都在此之上。建立特征曲线，显示各种弯曲应力水平的失效循环次数。
图11用于表征各种类型管或者接头的S/N曲线
确定挠度/疲劳强度的方法：
失效循环次数如图12所示，显示各种偏转下失效的循环次数。（偏移设置可以对应于上文中使用的弯曲应力大小）
注：绘制挠度图代替循环应力图可能有助于评估接头的刚度或比较不同管道材料（如耐腐蚀钢和钛）的柔韧性。
试验准备：
仪器、应变计：应在每个试样上安装应变计。应变计类型和位置应如表7所示：
表7单位：英寸
注：应变计读数和偏转之间的相关性可能会因不同的配件设计而有所不同，例如，少量的配件会在配件中显示出一些松动，而焊接接头则是刚性的，如果对不同的管道如钛和CRES比较S/N和D/N曲线，则会注意到显着的差异，当这些数据可以避免时，将修改图11和12以反映实际数据。
图12D/N曲线，挠度/疲劳测定
位置：对于旋转弯曲的应变片安装位置应符合图9要求，相隔90°安装。
注：安装两个应变片，°分开，安装四个应变片，X和Y轴成对安装，用于旋转挠曲试验可选用于两个应变片。
旋转弯曲试验装置，定中心：试验前应测量和记录试样的外径和壁厚。同时推荐检查试件直线度，如果不直，则拒绝或至少将样品标记在管端未对齐的平面上。
管组件应安装在尾座中，并且将可分离的接头用手拧紧以允许随后的调整，设置步骤详细如下：
应测量和记录自由状态下微应变读数。
头座端部的自调心轴承应大致居中，并将适配器插入。然后应仔细拧紧尾座端，以避免将试样不成直线。
百分表安装固定在管驱动侧的一端，通过一个百分表，或最好是两个百分表配合使用，在紧固过程中应保持试样的对称性。在将调整螺栓拧紧在中心位置后，必须在水平和垂直位置检查对称性。手动转动主动轴时，每个表分表显示应小于±0.in的非对称偏转。
对于用应变测试的样品，应变读数不超过上述自由态下微应变±20。
对于每项检查，主轴可以在其轴承来回移动。轴能够自由移动来完全对齐试样。
弯曲应力测量：在样品按照所述归零之后，应首先调整主轴以产生低于所需弯曲应力值约5％的应变值。设备应短暂打开并记录动态（即试验模式下每分钟应变计读数）读数。该读数应在测试规定值的±10微应变以内，通常需要进行一些调整。
弯曲挠度测量：如图9所示，偏转是通过百分表的测量。
运行压力：在通过应变计或百分表方法完成偏转设置之后加载静态工作压力。
S/N测试：
对每个尺寸的两组（试样对）中四个试样进行挠曲试验，并将试验结果绘制在半对数S/N特征曲线的网格上，如图11所示，
对于高强度（在这里定义抗拉强度超过00psi）管道，应该对第一组试样施加30psi的弯曲应力。
对于低强度（铝）管道，应该对第一组试样施加00psi的弯曲应力。
如果第一组的失效次数在0到00个循环之间，则第二个测试组的弯曲应力减小约0psi。
如果第二组的失效次数在000到万次循环之间，则第三组的弯曲应力应降低约0psi。
在绘制两组数据点之后，测试数据将表明第三和第四测试集的可能的应力水平。选择这些应力级别以完成S/N曲线，其中一组测试完成或超过万个弯曲周期。至少有三组在不到万次的周期内就会失效。在某些情况下，可能需要额外的测试集来获得所需的数据点，即一组超过万，三组在万次以下的失败。
注：发生故障后，应检查并记录偏转位移和B螺母扭矩。
挠度/疲劳试验
应遵循上述中所述的基本相同要求，不同的是，偏转失效次数，如图12所示。
最小耐压力大小的方法
当要求时，接头应符合ARP标准中最小应力方法。在该方法中，每种尺寸需要6个试样用于耐应力测试。所有试样必须完全通过万次疲劳不失效。由于管缺陷引起的失效可用新的样品替代。
总组合应力：
弯曲试样的挠度可以通过悬臂梁公式来预测
对于偏移的绘制，使用双幅度值。在AIR中，需要长度为L处的偏移。该偏转可以通过使用位于试件最大量程为0.25inch百分表直接测量，或者可以使用公式3来计算。
D在L处偏转位移双幅值。
L图1中的长度
L0装配长度到测量点
D0测量L0处的双幅度偏转
6、HB-飞机液压导管及连接件弯曲疲劳试验
试验样件的最大许可弯曲疲劳应力决定于组合应力Sf。组合应力由拉伸应力Sp和弯曲应力S组成，即Sf=S+Sp。
一般地，组合应力按照导管及连接件弯曲强度设计要求取σb/4。如有特殊需要，可另行规定。
拉伸应力Sp是因内压而产生的，其大小与内压和导管的内外径有关。拉伸应力可以用应变仪测量，也可以通过计算求出。
如果采用测量法，则应在导管轴向和轴向至少各贴一个应变片，且用平面应力应变公式进行计算：
如果采用计算法，则应使用下列轴向拉伸应力公式：
弯曲应力是由外部施加给导管的弯曲产生的，其大小由确定。如图13所示为一个典型的应力循环图例。
图13典型交变应力循环
弯曲试验件应能经受住次循环，试验期间试件不允许发生任何故障，试验尽量不间断进行。
试验装置应能对导管和直通接头、过隔板接头以及其他接头如弯接头、三通接头等试件进行试验。试验装置应能在试件中保持所需的恒压。液压油采用飞机系统用油。如果有专门的规定和要求，则试验装置应能够在受控的恒温下进行试验。另外，试验装置还可有一套自动切断装置的增压系统，即当出现故障或压力降低时，切断装置应能自动工作，其原理图如图10所示。
图14自动切断装置增压系统原理图
试件由接头和导管组合件组成。每种规格取6套试件进行弯曲试验。试验前仔细检查并记录导管的实际管径和壁厚。建议检查导管的直线度，如不直则在导管端偏离中心所在平面内标注记号或剔除。
试验时，应有一套完整的调试、检查和监测仪器，每个试验件上都应贴应变片。建议采用3×5的应变片，并且尽量贴在靠近最大应力处，必要时应根据计算予以修正。
在旋转弯曲试验中，应变片布置如图13所示，两者之间相隔90°，也可在X轴和Y轴方向上成对地贴上4个应变片。
弯曲试验推荐按下述三种方法之一进行：
（1）平面悬臂梁弯曲试验方法
本文仅介绍旋转弯曲试验，平面弯曲试验略。
（2）平面简支梁弯曲试验方法
本文仅介绍旋转弯曲试验，平面弯曲试验略。
（3）旋转弯曲试验方法
旋转弯曲试验设备应类似于图13所示。试验设备的尾座应设计成能在装配时和装上试件后调整其轴线位置，并可作为压力转换接管，试验设备的旋转头座应具有一套低摩擦自动定心轴承，并应设计的能使试件最大偏移25mm，且能在1r/min~r/min范围内的某一周率恒速转动，基座是刚性的。
旋转弯曲试件长度可按表8选取。
表8
旋转弯曲试件长度也可按下列公式计算：
即给定某一个偏移量X，计算试件长度L，或者给某一个试件长度L，计算偏移量X。
试件长度和偏移量按照图15测量。
图15旋转弯曲试验示意图
试件所需的弯曲应力或应变量是由在头座处对试件施加的挠曲（即偏移）而产生的。
将导管组件装入试验设备的尾座，用手拧紧可拆卸接头，随后进行调整，试件安装调整的具体方法如下：
如果采用贴应变片法，则首先测定并记录试件装入尾座时在自由状态下的微应变读数，其次使头座端的自动定心轴承粗略地对中，并将试件转接街头拧入头座端，然后将尾座端接头小心地拧紧以防试件偏离中心。在拧紧后，则微应变读数相对上述自由状态的读数偏离应不大于20个微应变。
如果采用计算法，也可补贴应变片，此时必须借助于导管被驱动的一端的一个（最好是两个）千分表使试件保持中心位置，在此对中位置将试件转接街头拧入头座端并拧紧调节螺栓后，试件的对称性须在水平和垂直两个位置进行检查，即用手转动头座的同时，每个千分表所指示的不对称偏移量应不大于0.08mm。
为了便于检查，头座轴可以在其轴承中前后移动，当试件正确对中后，则轴将会自由地转动。
当试件按上述方法调整后，调整头座端试件的偏移，使之产生所需的力矩以达到规定的弯曲应力S，然后引入规定的系统压力P。通过应变片可以在示波器上显示组合应力Sf，或按计算法用千分表严格控制其偏移量。
以某一恒速开始转动进行试验。
三、不同标准的应用领域
各个行业对标准使用情况不同，认可的标准也不同，通过中辽检测多年在旋转弯曲试验项目上的服务情况看，ASTMF-标准最早是核电领域进行了应用，目前，几乎可以说是核电领域在接头方面唯一认可并应用的标准。之后这个标准的应用逐步由核电领域扩展至石化领域，目前仍是石化领域重点应用的接头类旋转弯曲试验标准。
GB/T-标准从行业应用角度来说，不具备特殊性，各行业都有应用这个标准的情况，如铁路机车、石化等行业，但应用的相对比较少。
GB/T-、ISO:主要在铁路机车行业应用广泛，几乎铁路机车的接头都应用的这个标准，使用频次较高。
ISO:、SAEARPB-、HB-这三个标准主要应用在航空领域，其他行业几乎不会应用这几个标准，但是在试验时，会有所借鉴。
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