单个边缘微观损伤对铝合金材料蚀坑应力集中效应的影响研究

为获取边缘微观损伤对铝合金蚀坑产生的应力集中效应的影响及影响规律,采用ANSYS有限元方法,构建7B04铝合金半椭球体简化蚀坑模型、单个半椭球体包含一个边缘微观损伤的蚀坑模型,并基于线弹性断裂力学,开展两种蚀坑模型的应力集中效应计算分析.研究发现:边缘微观损伤对半椭球体蚀坑应力集中效应的数值大小、作用区域以及作用区域大小影响明显.包含与不包含边缘微观损伤的半椭球体蚀坑产生的应力集中系数最大值分别为Kt,max=3.359和Kt,max=2.24;包含边缘微观损伤的半椭球体蚀坑其应力集中效应明显的区域集中在边缘微观损伤与半椭球体蚀坑交汇位置的侧边;边缘微观损伤对点蚀损伤应力集中效应的影响与其表面尺寸、深度以及方位有关,应力集中系数随其深度与长度的比值(h/l)增加而增加,且Kt,θ=45°>Kt,θ=0.     

腐蚀坑应力集中系数影响分析

利用KH-7700型三维显微镜对经过预腐蚀的6151/T6铝合金材料的腐蚀坑三维形貌进行测量分析,发现可以将腐蚀坑近似为规则的半椭球体。对不同加速腐蚀时间的腐蚀坑测量数据统计分析,得到腐蚀坑的三维尺寸比值一般不超过4,极少达到10。基于ABAQUS6.10有限元软件,对含不同形貌、不同位置腐蚀坑的试验件进行应力集中系数分析发现,不同形貌的腐蚀坑随着b/c的增大,应力集中系数逐渐变小,而a/c增大,应力集中系数逐渐变大;对于同一腐蚀坑,试验件在不同位置引起的应力集中,其影响变化不大,大约在5%以内。     

点蚀作用下变位行星齿轮系统动态特性研究

以某行星齿轮系统为研究对象,考虑实际工况下的齿轮安装变位特征,建立点蚀作用下故障齿面的啮合刚度有限元分析模型。分析不同点蚀位置、点蚀尺寸对行星变位齿轮啮合刚度影响,并以时变啮合刚度和传动误差作为综合输入激励,对行星齿轮系统进行动力学响应求解,研究点蚀特征对变位行星齿轮系统振动特性的影响。研究结果表明:点蚀显著降低啮合刚度,在啮合周期内,点蚀在齿根位置的啮合刚度变化最显著,且点蚀坑尺寸越大,啮合刚度减小越多;各点蚀区尺寸下的平均啮合刚度,都随正变位增大而减小,负变位增大而增大;点蚀对系统振动响应的影响主要表现为频谱上的故障频率及其倍频成分,且故障频率及其倍频的幅值随点蚀坑尺寸增加而增大,随正变位增大而增大,负变位增大而减小。此外,随着点蚀坑尺寸增大,Kurtosis值和RMS值均增大,但Kurtosis值对点蚀故障更灵敏。     

孔蚀对老旧飞机搭接件结构完整性的影响

通过对一架服役20多年的退役飞机分解检查,分析搭接件的腐蚀状况,发现搭接件外表面光滑,而搭接面腐蚀很严重。利用三维有限元法分析腐蚀产物的“楔人效应”,得到最大主应力点的位置,是可能的起裂点。通过分析不同尺寸的半球形蚀坑和不同长短半轴比值的半椭球形蚀孔应力应变分布的影响,探讨搭接件疲劳裂纹的可能扩展方向,讨论局部孔蚀对搭接件结构完整性的影响。     

齿根三维粗糙表面的应力集中系数计算研究

考虑粗糙表面影响因素的齿轮齿根处应力集中系数计算是齿轮弯曲疲劳寿命精准预估的难题,以磨削喷丸后的直齿轮为研究对象,研究粗糙表面下的齿根应力与应力集中计算问题。采用白光干涉仪Wyko NT9100对磨削喷丸齿根粗糙表面进行测量,得到粗糙表面形貌数据,基于空间坐标变换原理,使用Python对有限元软件进行二次开发,通过调整齿根细化网格节点坐标实现了齿根表面粗糙形貌的添加工作,建立了齿根过渡曲面三维粗糙表面有限元模型并进行仿真分析。通过数值计算得到三维粗糙表面参数下的齿根应力分布与应力集中系数,对粗糙表面参数与应力集中系数的关联规律进行非线性回归分析,建立粗糙表面参数与应力集中系数的关联规律。结果表明,粗糙表面参数S_a、S_v、S_10z拟合应力集中系数得到拟合公式的相关系数分别为0.799,0.784,0.914,十点区域高度参数S_10z能较好地表征齿根表面的应力集中。     

微点蚀齿轮法向接触刚度分形预估模型

微点蚀作为齿面疲劳点蚀失效作用的初期特征,准确地预估其法向接触刚度是研究齿轮系统动力学故障特性重要课题之一.结合微观尺度下表面形貌分形参数和接触点面积分布作用,通过单微凸体弹-塑性接触力学性能研究引申建立结合面法向接触刚度分形模型,定性地分析微观元素对法向载荷和法向接触刚度的影响.根据渐开线齿轮宏观几何尺寸和微观微点蚀物理几何成因,建立近似粗糙度模拟微点蚀特征的预估分形参数,研究齿面不同加工工艺和不同程度微点蚀特征的渐开线齿轮法向接触刚度特性.结果表明:表面微观元素对法向载荷和法向接触刚度具有不同的影响作用,且元素之间具有关联性,沿齿廓啮合点具有不同的表面接触系数,提高齿面精度(降低粗糙度)能够提高啮合齿面法向接触刚度.齿面微点蚀使得齿轮结合面法向接触刚度明显降低,仿真结果与实际工程相吻合,为后期分析微点蚀动力学响应及微点蚀扩展等做研究基础铺垫.     

304不锈钢点蚀损伤的非线性超声表征

利用非线性超声表面波检测技术实现了对304奥氏体不锈钢点蚀损伤的无损表征。将固溶态304奥氏体不锈钢在质量分数为6.0%,10.0%,14.0%的FeCl_3溶液中,分别浸泡6,12,18h。利用OLS4000激光共聚焦显微镜对浸泡试样进行表面形貌的观察、稳态点蚀孔三维形貌以及尺寸的测量,利用RAM-5000测量超声表面波非线性系数,基于蚀孔微观形貌和尺寸变化分析点蚀损伤的非线性系数变化规律。结果表明:归一化非线性系数随超声表面波传播距离的增加而逐渐增大;表面波传播距离一定时,归一化非线性系数随浸泡时间的延长和溶液质量分数的升高而单调递增。超声波与点蚀引起的材料不连续界面相互作用,造成界面间的应力-应变非线性效应,且非线性效应随点蚀损伤的加剧被累积,这一结论对奥氏体不锈钢点蚀研究具有较大的参考价值。     

高强度铝合金腐蚀损伤检测实验研究

在实验室环境下对LC4铝合金进行加速腐蚀试验,用超声C扫描机对试件表面腐蚀损伤特性进行检测,可明显识别单蚀坑及多蚀坑连通区域.用数码显微镜观测单蚀坑表面形貌近似为一个圆形,而且在一个尺寸较大主蚀坑边缘还有若干次蚀坑,首次采用激光位移传感器测量腐蚀坑深度,综合多种测量结果,进行腐蚀损伤形貌研究,经过统计分析点蚀最大坑深度...     

风力发电机组用变桨轴承外圈断裂的原因

风力发电机组用变桨轴承外圈在使用一段时间后发生断裂,通过宏观检查、化学成分分析、力学性能测试、断口形貌和显微组织观察等方法分析了断裂原因。结果表明:轴承外圈断裂性质为疲劳断裂;螺栓孔内表面在腐蚀介质作用下产生点蚀坑,形成应力集中点,在较大外力作用下,在应力集中明显的点蚀坑处萌生裂纹并诱发疲劳断裂。     

表面合金涂层提高铸铁齿轮的接触疲劳强度研究

接触疲劳破坏是铸铁齿轮的主要失效形式之一，本文研究在铸铁齿轮齿面涂镀Ni-P-Co合金层，以提高其接触疲劳强度，效果显著，同时，对合金涂层的表面形貌，次表面组织，纵剖面界面组织，表面粗糙度、涂层的硬度和疲劳点蚀坑形貌特征进行了分析。     

点蚀缺陷对直齿圆柱齿轮工作应力影响规律的研究

齿面点蚀是造成齿轮传动系统噪声和振动的主要原因,建立了含有椭球型点蚀缺陷的直齿圆柱齿轮实体模型,采用有限单元法分析了这类齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力,并与无缺陷齿轮进行对比分析。结果表明:在同样的载荷作用下,点蚀坑附近的齿面接触应力与齿根弯曲应力相较于无缺陷轮齿的对应应力会分别增大约130%和30%,且沿齿宽方向应力分布不均匀性显著增大。     

基于有限元法的桁架节点搭接接头应力集中分析

应力集中对桁架节点处疲劳寿命影响显著,焊缝处几何形状不规则,易产生应力集中,可能导致结构破坏。为了研究结构的几何尺寸和焊缝的几何形状对焊缝处应力集中系数的影响,将总应力集中系数分解为焊缝几何应力集中系数和热点应力集中系数的乘积形式。用有限元方法分析焊缝长度、焊缝熔深、弦杆厚度和焊脚尺寸对几何应力集中系数和热点应力集中系数的影响,并拟合经验公式。结果表明:弦杆厚度对应力集中影响不大,焊缝截面形状和焊缝长度对应力集中有一定影响。     

危险蚀坑评判及疲劳寿命计算

通过对在EXCO(exfoliation corrosion)溶液中加速腐蚀不同时间后的LC4CS试件表面腐蚀形貌进行观测,得到不同腐蚀时间下试件表面蚀坑深度及底部曲率半径。通过分析给出张开角的定义,并以此确定危险蚀坑及预测预腐蚀件的疲劳寿命。研究结果表明:张开角可以合理地确定危险蚀坑以及初始裂纹的等效尺寸。通过算例分析,用张开角来确定危险蚀坑可以较好地预测预腐蚀件的疲劳寿命。     

基于拓展有限元的齿轮点蚀磨粒形态学特征模拟

疲劳点蚀是齿轮摩擦副的典型固有磨损特征,其产生的点蚀磨粒已经被用于理解疲劳磨损的发生和发展机理,由于缺乏理论模拟,基于磨粒特征的疲劳磨损机理判断还停留在经验分析层面。为此,拟通过齿轮接触疲劳点蚀的数值模拟,研究点蚀磨粒形态特征,为在线磨粒特征表征磨损状态的方法提供理论探索。在考虑弹流润滑的条件下,建立齿轮副局部接触模型,并采用拓展有限元法(Extended finite element method,XFEM)模拟表面萌生裂纹的拓展过程。进一步分析工况与点蚀磨粒形态特征的关系,结果表明,点蚀磨粒长轴尺寸随初始萌生裂纹的长度增加而增大,随载荷的增加而减小;点蚀磨粒的厚度随初始萌生裂纹的深度增加而增大。通过与已发表的试验结果进行对比,该模型所得到的点蚀形貌尺寸和形状与试验得到的点蚀形貌基本一致,从而验证了该模型的有效性。     

低速齿轮齿面初始点蚀机理研究

本文根据减速器疲劳试验结果,从倒置贝壳状的蚀坑形貌着手,分析研究了齿面横向条纹粗糙度对点蚀的影响。并以摩擦学中关于接触微凸体塑性相互作用理论为依据,对初始点蚀机理进行了探讨。目的在于有效地控制初始点蚀、寻求提高齿面承载能力的途径。     

X型焊缝接头焊接缺陷处的应力集中

用有限元法计算了X型焊缝接头处一种可能的三维焊接缺陷所导致的应力集中 ,定量分析了缺陷尺寸的变化对应力集中系数的影响 ,结果表明缺陷高度和宽度的增加将导致应力集中系数的增大 ,但其增大趋势逐渐变缓 ;而缺陷厚度的增加则使应力集中系数减小。     

型焊缝接头焊接缺陷处的应力集中

用有限元法计算了X型焊缝接头处一种可能的三维焊接缺陷所导致的应力集中,定量分析了缺陷尺寸的变化对应力集中系数的影响,结果表明缺陷高度和宽度的增加将导致应力集中系数的增大,但其增大趋势逐渐变缓;而缺陷厚度的增加则使应力集中系数减小。     

型焊缝接头焊接缺陷处的应力集中

用有限元法计算了X型焊缝接头处一种可能的三维焊接缺陷所导致的应力集中,定量分析了缺陷尺寸的变化对应力集中系数的影响,结果表明缺陷高度和宽度的增加将导致应力集中系数的增大,但其增大趋势逐渐变缓;而缺陷厚度的增加则使应力集中系数减小。     

点蚀与剥落对齿轮扭转啮合刚度影响的分析

为了模拟齿面点蚀和剥落对齿轮扭转啮合刚度的影响,提出了利用ANSYS软件对齿轮传动扭转啮合刚度有限元模型的建模和计算方法。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度,并利用MATLAB比较了有点蚀剥落与无点蚀剥落齿轮的扭转啮合刚度的变化情况。模拟结果表明,点蚀和剥落的存在使齿轮的扭转啮合刚度减小,特别是在轮齿的单啮合区时,对扭转啮合刚度的影响剧烈。     

点蚀故障对齿轮传动系统噪声的影响

针对不同数滚机床齿轮齿面点蚀故障严重程度对齿轮传动系统噪声的影响,基于赫兹理论力学模型,运用ABAQUS创建了齿轮副的应力仿真分析模型,求解在未点蚀及不同点蚀故障严重程度下齿面最大接触应力,并对比了传动扭矩对不同点蚀故模型最大接触应力的影响。开展了不同齿面点蚀故障齿轮模拟工况下的噪声测试实验,通过对比齿轮副试样噪声的敏感性分析不同点蚀故障严重程度的影响。有限元结果表明,传动扭矩与齿面最大接触应力呈线性关系,点蚀故障越严重,齿面点蚀区域接触冲击应力越大;齿轮故障噪声测试实验研究结果则表明,基于微点蚀、点蚀失效形式之间存在的竞争机制,点蚀故障越严重,对应的噪声曲线峰值越大;随着齿轮负载、转速的增大,点蚀故障齿轮噪声也逐渐增大。