梳理机用齿条微动磨损与微动疲劳分析（上）

从微动学的基本观点出发,对梳理机用齿条工作过程中可能产生的微动磨损和微动疲劳的机理及影响因素进行了较深入的分析,指出：在微动条件下发生在齿条和滚筒接触界面和亚表层的微动磨损和微动疲劳裂纹可能严重损害齿条的工作性能,降低包卷齿条的可靠性寿命;对齿条在梳理过程中的应力状态的进行了分析,给出了接触表面层和亚表面层作用的主应力、剪切应力、法向应力的数学模型。     

钢芯铝绞线微动疲劳机理及其疲劳寿命的研究进展

微动疲劳普遍存在于钢芯铝绞线中,在长期的使用过程中,微动磨损及腐蚀同时存在,共同损害输电线路,造成巨大的隐患。综述了钢芯铝绞线的微动疲劳研究进展,介绍了钢芯铝绞线的微动疲劳机理、裂纹萌生和扩展机制及其影响因素。结合超高压输电导线结构特性及受力特性,基于非线性强度退化模型,研究了钢芯铝绞线的疲劳寿命,并提出了一些尚待研究与探索的问题。     

金属的微动损伤特性

本文以45号钢及 LC4铝合金为研究对象,探讨微动损伤机理及其对疲劳强度的影响。试验结果证实,微动损伤使上述材料的疲劳极限降低了30%～55%左右。微动损伤形貌的扫描电镜分析指出,损伤区内产生并聚集了大量的球形微粒,它们是由脱离基体的金属碎片在连续微动作用下被轧压成具有较高含氧量的微粒组成。微粒嵌入金属表面形成“微动斑”,这是导致疲劳裂纹萌生的重要原因。分析还发现,在微动疲劳寿命的1/5时,磨粒及损伤区内的氧化铁相对含量急剧增加,这与扫描分析中观察到的在试件疲劳寿命的1/5时,在损伤区周界出现破坏性裂纹大致相对应。     

接触压力和循环应力幅对45号钢微动疲劳特性影响

研究了接触压力对调质45号钢微动疲劳特性的影响.随着接触压力增大,在低接触压力阶段,微动疲劳寿命急剧下降;然而,在高接触压力阶段几乎保持不变.随着循环应力幅升高,微动疲劳寿命下降.实验中,微动接触面上出现磨损并形成凹坑.在高接触应力情况下,主裂纹萌生在凹坑外边缘处;在低接触应力情况下,主裂纹萌生在微动接触面的中间部分.     

45号钢微动疲劳门坎值特性研究

通过中断性试验研究了45号钢的微动疲劳门坎值,并对不同微动次数下接触面的裂纹特征进行了观察.试验测得45号钢显著存在一个微动疲劳门坎值,微动次数直至超过微动疲劳门坎值时,微动才会使试样疲劳寿命显著下降.以试样上预定的微动循环次数与全微动下试样疲劳基准寿命的比值表示,其微动疲劳门坎值大约在20％～40％范围内.改变载荷条件,该门坎值仍保持在20％～40％范围内;显微观察显示,在微动循环次数超过门坎值之后,在接触磨损面上几乎都能观察到明显的大裂纹.     

基于ANSYS有限元的微动疲劳接触特征分析

接触压力是影响构件微动疲劳寿命的关键因素之一.微动疲劳实验中,桥式微动装置可以合理控制接触压力,以便分析接触压力对构件疲劳寿命的影响规律.基于数值分析法,建立桥式微动装置的有限元模型来研究接触特征;考虑微动桥自身弯曲的影响,分析了接触副上节点的应力应变分布规律,提出了特征接触区域的判断方法.     

缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

高周载荷作用下微动疲劳寿命的预测方法

本文在试验结果和理论分析的基础上，提出了高周载荷作用下微动疲劳寿命的预测公式。     

循环载荷应力比对微动疲劳特性的影响

自行设计了实验装置, 研究了柱面—平面接触形式45 号钢在不同应力比(R =0 .00 , 0.25, 0 .50)轴 向循环载荷作用下的微动疲劳特性.确定了各应力比轴向循环载荷作用下的S ― N 曲线, 并对微 动疲劳断裂裂纹位置及断裂特征作了分析.研究结果表明:相同轴向循环载荷应力幅下, 微动疲劳 寿命随着轴向循环载荷应力比的增大而有所降低;微动疲劳断裂裂纹位置都在接近于接触中心而 又略偏于桥脚外侧的位置;在高应力比下断口截面上裂纹扩展的痕迹更明显, 断口截面更规则.     

提升钢丝绳的钢丝微动摩擦磨损特性研究

钢丝绳内部钢丝的微动磨损和微动疲劳是造成钢缆寿命降低的主要原因之一 .以 6× 1 9点接触式矿用提升钢丝绳为研究对象 ,在自制的钢丝微动磨损试验机上进行了钢丝的微动磨损实验研究 .以摩擦系数和磨损深度作为评定微动磨损的参数 ,考察了不同载荷下摩擦系数的变化规律以及载荷、循环次数的变化对钢丝试样磨损深度的影响 ,同时研究了钢丝试样在矿用钢丝绳内部增摩油脂的润滑状态下摩擦系数和磨损的变化规律 .利用钢丝试样在不同工况下的磨损形貌分析了微动磨损过程中的磨损机制     

Effect of fretting amplitudes on fretting wear behavior of steel wires in coal mines

Given that fretting wear causes failure in steel wires, we carried out tangential fretting wear tests of steel wires on a self-made fretting wear test rig under contact loads of 9 and 29 N and fretting amplitudes ranging from 5 to 180 μm. We observed morphologies of fretted steel wire surfaces on an S-3000N scanning electron microscope in order to analyze fretting wear mecha-nisms. The results show that the fretting regime of steel wires transforms from partial slip regime into mixed fretting regime and gross slip regime with an increase in fretting amplitudes under a given contact load. In partial slip regime, the friction coefficient has a relatively low value. Four stages can be defined in mixed fretting and gross slip regimes. The fretting wear of steel wires in-creases obviously with increases in fretting amplitudes. Fretting scars present a typical morphology of annularity, showing slight damage in partial slip regime. However, wear clearly increases in mixed fretting regime where wear mechanism is a combination of plastic deformation, abrasive wear and oxidative wear. In gross slip regime, more severe degradation is present than in the other regimes. The main fretting wear mechanisms of steel wires are abrasive wear, surface fatigue and friction oxidation.     

机械设计中的微动和微动疲劳

本文论述了机械设计中涉及到的微动作用和微动疲劳的概念，并对微动疲劳失效的分析、预测和预防进行了探讨。     

高温多轴变幅疲劳损伤累积

为进行高温多轴变幅疲劳寿命预测,以应力幅作为损伤变量,采用经典的Chaboche模型进行多轴疲劳损伤计算.多轴加载下等效应力的确定是根据单轴加载下的本构关系,利用多轴等效应变求出等效应力.修正Chaboche疲劳累积损伤模型中应力指数表达式的形式,根据Chaboche损伤累积模型,求解变幅加载下的疲劳损伤.推导出多级加载的Chaboche疲劳损伤累积公式,将其用于变幅加载块的疲劳损伤估算.寿命预测结果与试验结果接近,误差基本在2倍因子之内,说明了寿命估算方法的可行性.     

AM60B镁合金在滑移区的微动磨损行为研究

研究了AM60B镁合金在滑移区的微动磨损行为。考察了摩擦因数和磨损体积随循环次数、载荷和频率的变化及磨损表面形貌，探讨了其微动磨损机理。结果表明：AM60B镁合金的微动磨损可分为开始阶段、二体接触向三体接触过渡阶段和稳定阶段3个阶段。在不同的阶段，摩擦因数和磨损体积的变化及磨损机制各有特点；此外，磨损体积随着法向载荷的增加而增大，但随着频率的增大而减小。     

基于疲劳累积损伤的输电塔结构剩余寿命估算

建立了风力作用下输电塔结构剩余寿命的估算方法。由于输电线塔体系存在高度的非线性,因此本方法基于疲劳累积损伤的基础理论,通过分析模拟风荷载作用下的三塔两线有限元模型,获取结构构件实时累积损伤,然后依据实时累积损伤对输电塔结构服役期间每年度对应的剩余寿命进行估算。仿真分析表明,该方法可有效解决输电线塔结构的剩余寿命估算问题。     

微动磨损对弹条II型扣件弹条断裂的影响分析

弹条是实现弹条II型扣件功能的主要元件,传统的疲劳分析方法主要从弹条的应力、应变入手,这并不能反映真实情况,因为弹条在工作中与其它构件接触面表面之间存在微小的相互移动,即微动．应用非线性接触理论,采用库仑摩擦模型模拟弹条与周围接触元件之间的摩擦接触情况,计算出弹条各点的剪切应力τ、相对位移δ及二者乘积τ·δ的值;并采用离散裂缝模型来模拟扣件裂纹的生成及扩展．理论分析表明,若微动磨损在弹条疲劳断裂过程中起主要作用,则断口处应位于弹条中τ·δ值最大的点附件．扣件疲劳试验表明,弹条断口处位于弹条尾部与轨距挡板接触处,处于τ及τ·δ最大的点之间且更靠近τ·δ值最大的点．弹条尾部与轨距挡板之间由于微动磨损产生裂纹,形成污染源,反复作用下,裂纹扩展,最终导致弹条断裂．试验证明了弹条微动磨损理论分析的正确性,为改进弹条设计,提高其疲劳寿命提供科学依据．     

微型汽车驱动桥壳的疲劳寿命预测

分析了疲劳损伤理论在疲劳寿命预测中的应用,并基于该疲劳损伤理论对微型车驱动桥壳进行仿真计算。考虑了桥壳焊缝部位对桥壳整体的影响,针对焊缝进行建模,并且对其赋予BS7608—1993标准中与其结构、受力对应的S—N曲线。通过台架试验验证了仿真计算结果的准确性,基于有限元技术的疲劳寿命预测方法能较准确地预测结构的疲劳寿命,对产品的设计和开发有一定的指导意义。