基于Miner理论的减速器疲劳试验研究

减速器是输送机的"心脏",其早期损坏将严重影响输送机的使用寿命,行星齿轮减速器是种较为理想的刮板输送机传动结构型式.文章通过分析行星齿轮减速器疲劳机理,认为塑性应变的开始点就是疲劳过程的起始源,并从迈纳(Miner)损伤累积理论原理出发,以刮板输送机行星齿轮减速器为例,提出了输送机减速器疲劳试验方法和流程,并且结合生产实际,对浓缩应力这一强化理论方法进行了描述,从而获得超值累积频次分布图.最后对刮板输送机减速器齿轮疲劳寿命作了分析.     

基于缺口应力法的场桥导轨焊接结构疲劳性能评估

为研究焊接工艺对场桥导轨疲劳性能的影响,应用缺口应力法对试件的疲劳性能进行评估.建立了场桥导轨试件的有限元模型,分析了试件形状、尺寸、边界条件对缺口应力值的影响,并根据计算结果绘制了场桥导轨试件的S-N中值曲线和设计曲线.结果表明,试件的形状、尺寸和边界条件均对缺口应力值有一定的影响.缺口应力法适用于场桥导轨焊接结构的疲劳评估,其计算结果可以反映这些客观因素的影响,降低试验数据的离散性,当试件形状相差不大时,以缺口应力表示的试验数据可以用一条S-N曲线进行表征.     

变速器齿轮轴有限元及动力仿真分析

联合仿真法预估疲劳寿命包括获取载荷历程、应力应变场和材料参量三个方面内容.文章在此基础上依据企业提供的二维图纸,在三维造型软件Pro/Engineer中建立某型号变速器的第一齿轮轴实体模型.根据有限元基本理论,建立该轴的有限元模型.最后在有限元分析系统MSC.Nastran中进行该轴的应力分析,得出应力应变.采用Pro/E和ADAMS/View的专用接口模块Mechanism/Pro实现两者之间的数据转换,最后仿真得出齿轮轴与从动齿轮的载荷曲线,其与理论计算值十分接近.有限元分析及动力仿真结果对进行齿轮轴的疲劳寿命预估提供了必须的数据,为进一步来预测服役齿轮轴的剩余寿命有着重要的作用.     

发动机减速器主动齿轮齿面损伤分析

发动机减速器在试验考核过程中发现主动齿轮的齿面出现倒三角状损伤。通过宏微观观察、金相分析、硬度检测和仿真计算等手段,对轮齿损伤的性质及原因进行分析。结果表明：主动齿轮轮齿的倒三角状损伤性质为接触疲劳剥落,剥落坑从下方的微点蚀区起源;剥落原因是由于从动齿轮廓修形量偏小和从动齿轮齿顶倒角偏小导致该处接触应力过大,超出材料的接触疲劳极限。通过提出增大从动齿轮齿廓修形量和规范齿顶倒角工艺、提高加工质量的改进措施,该减速器顺利通过考核。     

风机增速齿轮含初始裂纹扩展特性及寿命分析

针对某风机增速齿轮疲劳裂纹断裂问题，基于M积分法探究含初始三维裂纹的增速齿轮在裂纹扩展时的变化规律。根据断裂力学原理结合有限元原理分析计算，得出应力强度因子及疲劳扩展循环次数的变化规律。确定增速齿轮齿根受力最大位置后创建三维裂纹模型；通过改变齿根边缘三维裂纹纵向位置来探究三维裂纹在扩展过程中的应力强度因子及疲劳寿命变化。结果表明：随着裂纹扩展步数的增大，3组裂纹的应力强度因子 KⅠ 均增大，且齿根裂纹1应力强度因子一直保持最大；在直齿轮边缘的裂纹，越靠近齿根其疲劳寿命越小。     

考虑残余应力的焊接结构多轴疲劳准则

因随机波浪载荷及焊接残余应力的存在，海洋工程焊接结构的疲劳失效受多轴疲劳机理控制，然而目前的多轴疲劳准则对焊接残余应力关注较少，针对上述问题文中通过将不包含焊接残余应力的有限元计算应力场与焊接残余应力场线性叠加作为多轴疲劳寿命计算应力场，提出了一种基于临界面法的多轴疲劳寿命预测准则，通过对国际上已公开发表的疲劳试验数据进行有限元分析并与多轴疲劳准则MWCM对比，证明文中方法比MWCM具有更高的准确性，对于非比例载荷作用下的疲劳寿命预测效果尤为显著，同时证明了文中方法可以有效考虑焊接残余应力的影响.     

预应力腐蚀对2A12-T4铝合金疲劳寿命的影响

进行了两种温度三种应力水平下2A12-T4铝合金试样在EXCO溶液中不同浸泡时间的预应力腐蚀试验,而后进行疲劳试验至试件断裂。采用多元方差分析,确定了腐蚀温度、浸泡时间和应力水平是影响试件疲劳寿命的显著因素,三者的共同作用会加剧试样的腐蚀,降低试样的疲劳寿命。根据试验结果,采用回归算法,建立了以腐蚀温度、浸泡时间和应力水平三参数表征的剩余疲劳寿命计算模型,理论值与试验值对比,二者误差约为25%。通过扫描电镜观察,分析了腐蚀温度、浸泡时间和应力水平对试件微观损伤的机理。     

燃气涡轮起动机减速器齿轮断齿分析

燃气涡轮起动机返厂修理分解检查时，发现减速器输入主动齿轮损坏，弹性轴定位段单向严重胶合。通过对故障件进行外观形貌、裂纹和金相组织检查，以及齿轮偏斜情况下的强度计算分析，结果表明:主动齿轮断裂性质为轮齿弯曲疲劳，轮齿弯曲疲劳失效与其承受了较大的振动冲击载荷有关，弹性轴前花键与动力涡轮轴内花键间隙配合导致径向位移和涡轮转子振动增大，齿轮接触应力和弯曲应力显著增加，最终产生疲劳断齿。     

齿轮齿面剥落失效及裂纹源预测研究与试验验证

根据齿面下应力与强度的分布关系,对渗碳齿轮接触疲劳失效及疲劳裂纹萌生区域进行了预测和验证。结果表明:基于试验齿轮的残余应力、载荷与硬度的分布关系,得出齿面下0.4～0.6 mm是疲劳失效裂纹萌生区域。经接触疲劳试验得到失效齿轮裂纹源的深度为0.52 mm,预测所得到的结果与试验结果基本一致。     

风机齿轮双裂纹扩展特性及寿命分析

针对某风机增速齿轮疲劳裂纹断裂问题,基于M积分法探究含初始单裂纹及双裂纹增速齿轮裂纹扩展时的变化规律。根据断裂力学原理和有限元原理进行分析计算,得出应力强度因子及疲劳扩展循环次数的变化规律。创建只含1条裂纹的齿轮裂纹模型,计算裂纹扩展时的应力强度因子及疲劳扩展寿命;在初始单裂纹模型上继续创建第2条裂纹,通过改变第2条裂纹的初始位置探究第1条裂纹与单裂纹前缘应力强度因子及疲劳扩展寿命的变化规律。结果表明：整体上看,双裂纹中裂纹1刚开始扩展时比单裂纹的应力强度因子小,扩展到最后会高于单裂纹的应力强度因子,中间有一个交替变换的过程;产生双裂纹时,其中1条裂纹会导致双裂纹中裂纹1的加速扩展,减少寿命周期;双裂纹距离越近,双裂纹中裂纹1加速扩展得越快。     

Study on Fatigue Properties of Turbine Disk Groove Modeling Specimens of GH4720 Alloy

基于航空发动机涡轮盘榫槽结构特点及其工作状态,采用榫槽模拟件对GH4720合金的疲劳失效机理和裂纹扩展寿命进行了实验研究和理论分析。研究结果表明:GH4720合金榫槽模拟件的疲劳失效表现为3个阶段:(i)模拟涡轮盘榫槽处由于较高的应力集中而产生滑移,进而萌生裂纹;(ii)随着应力集中和循环载荷的持续,相邻晶粒间位错开动、发生滑移,裂纹在晶粒间传递;(iii)随着应力强度因子范围增大,剪应力和主应力交互作用、滑移系开动及位错在不同滑移系间的运动,裂纹快速扩展。在实验基础上建立了GH4720合金的疲劳裂纹扩展寿命模型,基于有限元分析的榫槽处的应力和裂纹扩展寿命模型得到的裂纹扩展寿命与实验结果相符,表明该裂纹扩展寿命模型可用于工程中预测涡轮盘的剩余寿命。     

S40C钢制齿轮表面裂纹产生原因分析

S40C钢制齿轮服役一段时间后,单个齿面出现裂纹状缺陷。采用宏微观分析、金相检验、显微硬度测试等方法,对该齿轮缺陷产生的原因进行分析。结果表明:齿面裂纹状缺陷为接触疲劳所致,造成局部接触疲劳裂纹产生的根源是齿面存在磨削烧伤,显著降低齿面硬度,改变齿面强度梯度分布,在循环啮合作用下出现接触疲劳开裂。进一步地,对感应淬火齿轮齿面硬度降低的影响因素进行详尽的阐述,并结合不同啮合状态下齿轮强度曲线和剪切应力曲线之间的相互关系,论述常见的齿轮剥落现象及失效机理。     

大型立磨行星轮系故障分析与解决方法

行星轮系是大型立磨中的关键组成部分,其故障分析对立磨的全寿命服役性能至关重要。本文针对大型立磨行星轮系使用过程中出现的故障进行了分析,通过宏观检验、显微分析以及有限元分析相结合的方法明确了行星轮系故障的失效机理。结果表明:接触疲劳是导致行星轮系中行星轮内壁断裂的主要成因。进一步分析了行星轮壁厚对齿根应力的影响,验证了行星轮疲劳微裂纹产生的生成原因。最后提出了行星轮断裂的预防方法,改进了行星轮系的设计和可靠性。     

异质接头应力集中系数与坡口角度和材料差异度的关系方程

基于有限单元法针对异质对接接头设计,以提高接头疲劳承载能力以及更准确的预测异质接头疲劳失效位置为目标,考察了坡口角度和材料差异度对异质对接接头焊趾应力集中系数和焊根应力集中系数的影响,并给出了削平异质对接接头焊趾和焊根应力集中系数与坡口角度和材料差异度之间的关系方程.结果表明,随着坡口角度和材料差异度的增加,对接接头焊根应力集中系数增大,焊趾应力集中系数减小.应力集中系数关系方程与有限元结果吻合较好,相对误差在3%以内.     

Experimental Investigation and Finite Element Analysis on Fatigue Behavior of Aluminum Alloy 7050 Single-Lap Joints

The fatigue behavior of single-lap four-riveted aluminum alloy 7050 joints was investigated by using high-frequency fatigue test and scanning electron microscope (SEM). Stress distributions obtained by finite element (FE) analysis help explain the fatigue performance. The fatigue test results showed that the fatigue lives of the joints depend on cold expansion and applied cyclic loads. FE analysis and fractography indicated that the improved fatigue lives can be attributed to the reduction in maximum stress and evolution of fatigue damage at the critical location. The beneficial effects of strengthening techniques result in tearing ridges or lamellar structure on fracture surface, decrease in fatigue striations spacing, delay of fatigue crack initiation, crack deflection in fatigue crack propagation and plasticity-induced crack closure.     

T形接头承载角焊缝根部裂纹扩展角度

针对Q355B低合金钢T形接头承载角焊缝根部疲劳失效的扩展路径问题,提出了一种基于受力分析计算的等效应力强度因子法(KEQ法)预测根部裂纹的扩展角度. 经有限元模拟验证,其求解应力强度因子的最大误差小于5%. 与基于有限元分析计算的最大周向应力法(MCS法)和有效结构应力法(ETS法)相比较,并结合3种不同应力水平下弯曲疲劳试验结果发现,基于等效应力强度因子法、最大周向应力法与有效结构应力法求解的裂纹扩展角度分别为25.6°,25.9°和32.2°,相较于实际疲劳试验的根部裂纹扩展角度24°,误差分别为6.67%,7.92%和34.17%. 结果表明,基于KEQ法求解裂纹扩展角度准确度最高,更适于预测承受弯曲疲劳载荷下T形接头角焊缝根部裂纹的扩展角度.     

机器人用关节减速器的失效分析及改善措施

结合理化检测分析和有限元应力分析,研究了机器人用关节减速器摆线轮及行星轮在寿命试验过程中接触疲劳失效的成因.结果表明:摆线轮齿面失效形式为胶合,行星轮齿面失效形式为过度磨损.摆线轮和行星轮齿面接触疲劳强度设计值均满足服役要求,所用材料符合设计要求.根据金相检测结果,行星轮表面热处理性能不符合设计要求,导致齿面硬度和接触...     

压载荷对LY12M铝合金中疲劳裂纹扩展速率影响的三种工程模型的验证(英文)

基于弹塑性断裂力学的裂纹扩展机理,用弹塑性有限元分析压载荷对LY12M铝合金疲劳裂尖应力场的影响。介绍了可用于负应力比试验数据描述的两种实际应用的工程模型和一种已发表的称作"张模型"的双参数裂纹扩展模型,通过在相应坐标系下描述试验数据,并比较各自拟合线的线性相关度R2。结果验证"张模型"的拟合效果较好,是一种负应力比下预测铝合金疲劳裂纹扩展寿命的较好的工程方法,同时,由于部分参数可用弹塑性有限元计算获得,所以可节省大量新材料研究的经费。     

大型行星轮系功率分流分析与疲劳可靠性研究

行星轮间的功率分流行为使得行星机构具有较高的能量传输密度，但偏载会导致行星机构的功率无法按照理想状态分配，增大齿轮间的啮合力，影响整个系统的使用寿命和可靠性。基于某型号重型直升机行星减速器的结构特征，构建大型行星轮系的有限元仿真模型，对行星传动系统进行准静态力学和运动学分析，获得系统中各类齿轮的危险应力历程，为可靠性分析模型提供载荷输入变量，以弯曲疲劳试验获得的齿轮强度数据作为可靠性分析模型的强度输入变量。使用统计学最小样本量的概念进行齿轮和轮齿寿命转换，建立行星齿轮系统可靠性分析模型，完成行星系统不同状态下疲劳可靠度的数学映射。偏载状态下，行星齿轮系统可靠度为92.32%,证明偏载会影响系统疲劳可靠性，降低齿轮的有效使用寿命。     

气孔对铝合金焊接接头超长疲劳寿命的影响

采用超声疲劳试验方法对铝合金5052-H32焊接接头进行疲劳试验,研究其在超长寿命区间(107~109周次)的疲劳强度及失效机理.结果表明,相同疲劳寿命下焊接接头疲劳强度较母材下降了73.3%,在超高周疲劳区间仍然会发生疲劳破坏;断口观察发现焊接缺陷(气孔)是诱发疲劳裂纹萌生的主要原因.为揭示焊接缺陷对焊接接头疲劳裂纹萌生及扩展的影响,采用有限元技术分析了气孔对应力集中系数和裂纹尖端应力强度因子的影响.最后讨论了焊接缺陷对疲劳寿命的影响机制及裂纹扩展特性.