基于能量密度法预测微动疲劳寿命

通过接触界面的应力应变场和临界平面法计算了能量密度损伤参数,结合疲劳试验得到了能量密度损伤参数-寿命关系曲线中的材料常数,建立了LZ50钢微动疲劳寿命的预测公式。根据裂纹萌生寿命预测效果,将Chen损伤值作为裂纹萌生控制参数。分析了摩擦因数、微动桥半径、循环载荷和微动桥压力对LZ50车轴钢的Chen损伤值的影响,以及CRH2型动车组空心车轴裂纹萌生的位置及寿命。     

Ti-6Al-4V燕尾榫结构微动疲劳裂纹萌生及扩展行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%;疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大;微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直;微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。     

钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究*

钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper（SWT）多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明：基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。     

轧机油膜轴承锥套接触疲劳损伤的机理分析

研究了油膜轴承锥套与辊颈接触表面在轧制载荷作用下发生微动疲劳损伤的力学机理。在分析油膜轴承油膜压力分布特征的基础上,采用有限元法给出了锥套与辊颈接触区边缘产生接触应力集中和微滑移的分布规律,阐明了弹性结合连接的锥套与辊颈接触表面产生微动疲劳损伤的原因。利用断裂力学裂纹尖端应力场与接触边缘区域应力局部渐近场的等效原则,给出了疲劳裂纹自点蚀处萌生与扩展的力学条件。上述结果为锥套和辊颈的实际损伤状态及模拟试验所验证。     

TC4合金微动疲劳损伤研究

研究了TC4合金在柱面-平面接触务件下的微动疲劳行为，分析了其微动疲劳损伤机制。结果表明：在试验务件下，微动区边缘的损伤特征以粘着磨损为主，而微动区中部则以磨粒磨损和接触疲劳为主。疲劳裂纹易于在微动区．特别是在蚀坑处萌生和扩展。促使微动疲劳裂纹萌生的因素：一是法向应力和切向摩擦力引起的材料表层塑性变形，二是微动磨损破坏了材料的表面完整性，造成了缺口应力集中效应。     

滚动接触疲劳短裂纹扩展机制及预防研究

采用有限元分析软件ANSYS,在无摩擦、纯滚动、全滑动三种运行状态下,研究钢轨表面短裂纹的疲劳断裂机制,并分析轮轨间摩擦因数对接触疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,轮轨接触的疲劳裂纹为张开型和滑开型同时存在的复合型裂纹,裂纹发生张开型破坏的最危险位置在接触斑边缘的位置;随着裂纹角度的增加,应力强度因子KI增加而KII减小,其中60°裂纹的扩展速率最快;摩擦力的存在明显加剧了裂纹扩展速率,且随着摩擦因数的增加而增大。对钢轨表面预防性打磨周期进行预测时,以60°裂纹为基准的预测结果偏安全。     

微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化的影响*

微动疲劳易引起钢丝表面磨损和横截面积损失,进而造成钢丝断裂失效并缩短钢丝绳使用寿命。不同微动疲劳参数（接触载荷、疲劳载荷、钢丝直径和交叉角度）引起差异的钢丝微动疲劳磨损特性,故研究微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化规律影响至关重要。基于摩擦学理论和Marc仿真软件构建钢丝微动疲劳磨损模型,探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度和钢丝直径对钢丝微动疲劳磨损演化的影响规律。结果表明：钢丝微动疲劳磨损体积主要与接触载荷和疲劳载荷有关;疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积随着接触载荷的增加而增大,且不同接触载荷下疲劳钢丝磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;随疲劳载荷幅值的增加,疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积均呈增加趋势;在不同疲劳载荷范围下疲劳钢丝的磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;当接触载荷、疲劳载荷及钢丝间摩擦因数相同时,不同交叉角度和不同加载钢丝直径下疲劳钢丝的磨损体积相同。     

钛合金TC11微动疲劳特性研究

以航空发动机榫连接结构微动疲劳问题的简化模型为研究对象,设计和制造了一套采用液压加载方式来实现微动疲劳法向载荷施加的试验装置,用于研究钛合金TC11微动疲劳的损伤过程,并对试验过程中在接触区域萌生裂纹的试件断口进行观测。研究结果表明:保持法向载荷恒定不变,增加轴向载荷将减少微动疲劳寿命。同样,保持轴向载荷恒定不变,法向载荷对微动疲劳寿命影响不如轴向载荷显著。另外,等效应力和滑移幅值是微动疲劳寿命的主要影响因素。     

40CrNi2MoA合金钢的弯曲微动疲劳特性

在不同弯曲载荷下,对40CrNi2MoA合金钢进行弯曲微动疲劳试验,建立其弯曲微动疲劳下的循环次数-应力曲线;通过对微动损伤区的微观分析,研究该合金钢的弯曲微动疲劳特性。结果表明:40CrNi2MoA钢弯曲微动疲劳应力曲线不同于常规疲劳应力曲线,呈现"C"型曲线特征;随着弯曲载荷的增加,微动依次运行于部分滑移区、混合区和滑移区;相对于另外两个区域,混合区试样的裂纹更易萌生、扩展且微动疲劳寿命最短;试样表面的磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层;由于接触应力和弯曲应力的影响程度不同,弯曲微动疲劳裂纹的扩展分为三个阶段,即接触应力控制阶段、接触应力与弯曲疲劳应力共同控制阶段和完全受弯曲应力控制阶段。     

微动接触疲劳机理的数值分析研究

工作中的两部件由于受到循环载荷作用产生微动,加上接触区边缘的高应力梯度,会导致部件接触表面损伤、产生裂纹,进而造成微动疲劳,严重降低零部件的使用寿命。针对常见微动疲劳问题,利用有限元软件ABAQUS进行数值分析,得到接触区的最大接触应力,与牛津大学Hills提出的接触理论计算得到的解析结果进行对比,验证有限元模型的准确性,分析法向载荷、轴向载荷对相对滑移、接触应力、等效应力、Ruiz参数κ2等的影响,进而确定其对微动疲劳的影响。综合分析结果,微动疲劳多发生在两部件接触区的边缘,且微动疲劳问题主要与滑移幅值及接触区的状态密切相关。     

金属材料疲劳门槛与疲劳设计

介绍了疲劳设计准则的基本类型，说明了疲劳门槛的意义及其在疲劳设计中的作用，指出疲劳设计准则、疲劳载荷谱及无损检测技术是决定疲劳门槛能否作为疲劳设计参数的三个主要因素。     

加速疲劳试验的疲劳编辑技术

疲劳编辑技术可用来预估零部件疲劳测试周期,浓缩载荷信号以加速在实验室里用单通道、、多通道等技术进行的疲劳耐久性试验。结合一个实例介绍了多种工程上常用的疲劳编辑技术的思路及特点。     

使用高频疲劳试验机检测材料的疲劳寿命

主要论述了使用高频疲劳试验机测定材料的疲劳寿命曲线的方法和实现过程;用最小二乘法进行曲线拟合的原理和处理方法。对于测试材料的疲劳寿命具有一定的实际意义。     

超声疲劳试验方法在40Cr钢疲劳性能研究中的应用

用超声疲劳试验方法(频率为20kHz)测定40Cr钢在10^5～10^10周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线。结果表明，40Cr钢的疲劳寿命(SN)曲线在10^5～10^10周次范围内始终保持下降趋势，在l0^5周次以上没有水平段。超高频疲劳载荷下的S-N曲线同样能用Basquin关系式描述。与常规频率下的疲劳性能相比，高频载荷下的疲劳强度增加。20kHz循环载荷下，40Cr钢10^7周次的疲劳强度为443MPa，10^10周次时为235MPa。     

基于疲劳损伤累积理论的零件疲劳寿命评估

文中基于疲劳累积理论,介绍了变幅应力作用下疲劳寿命的评估方法,并针对工程实践中关键零部件在变幅交变力的作用下易出现的疲劳破坏进行了讨论;并应用实例说明了其评估过程。     

机械构件疲劳强度可靠性计算方法

从疲劳强度理论出发，结合机械零件可靠性设计中的“应力－强度干涉理论”，研究了机械构件疲劳强度可靠性的计算方法，并进行了叉车门疲劳强度可靠性计算。     

Predicting Material Performance in Rolling Contact Fatigue via Torsional Fatigue

Abstract

Evaluating new materials for rolling element bearings (REBs) is an expensive, time-consuming, and difficult process. This work presents a continuum damage mechanics (CDM)-based finite element model (FEM) that incorporates gradual material degradation under cyclic loading and discrete material representation to predict rolling contact fatigue (RCF) failure. The fully reversed orthogonal shear stress was considered the critical stress for the CDM RCF modeling. Torsional fatigue results available from the open literature were used to determine the critical parameters for CDM FEM. In contrast to previous modeling approaches, in this investigation the CDM material parameters were considered probabilistic in nature to represent variations in material strength or resistance to fatigue. This modification to the modeling procedure resulted in RCF life predictions that capture life scatter characteristic of the RCF phenomena for REBs. Based on the model results, a fatigue life equation was developed to corroborate the Lundberg and Palmgren (LP) theory. The results obtained from the predictive life equation generated from the CDM-based FEM using material parameters obtained from torsional fatigue results are in good agreement with the LP model.