基于临界面法的高强度铸造铝合金微动疲劳特性研究

用ANSYS对高强度铸造铝合金的微动疲劳特性进行仿真模拟,得到接触面上的应力、应变分布规律;基于SWT临界面法预测微动裂纹的萌生位置,用实验值拟合得到微动疲劳寿命预测参数并用临界面法预测微动疲劳寿命。结果表明:在法向夹紧力不变时,微动疲劳寿命会随着轴向力的增大而减小,且轴向力存在一个临界值,超过这个临界值,构件寿命会急剧下降。在HYS-100型微动疲劳试验机上对高强度铸造铝合金的微动裂纹萌生位置及寿命进行实验验证。结果表明,SWT临界面法预测裂纹萌生位置与试件实际断裂位置一致,预测寿命与实际寿命在误差允许范围内。     

高强度铸造铝合金微动疲劳特性研究

用ANSYS对高强度铸造铝合金的微动疲劳特性进行仿真模拟,得到接触面上的应力、应变分布规律;基于SWT临界面法预测微动裂纹的萌生位置,用实验值拟合得到微动疲劳寿命预测参数并用临界面法预测微动疲劳寿命。结果表明：在法向夹紧力不变时,微动疲劳寿命会随着轴向力的增大而减小,且轴向力存在一个临界值,超过这个临界值,构件寿命会急剧下降。在HYS 100型微动疲劳试验机上对高强度铸造铝合金的微动裂纹萌生位置及寿命进行实验验证。结果表明,SWT临界面法预测裂纹萌生位置与试件实际断裂位置一致,预测寿命与实际寿命在误差允许范围内。     

柴油机连杆衬套微动疲劳裂纹萌生位置预测方法研究

针对过盈配合的连杆小头和衬套之间存在的微动疲劳现象,建立连杆有限元模型,用ANSYS软件对其进行微动疲劳仿真,提取并分析连杆-衬套接触区上的应力、位移数据,分别用RUIZ综合参数法、MSR临界面法、基于损伤力学的热力学耗散势函数法预测衬套微动裂纹萌生位置。结果表明,3种方法预测的裂纹萌生位置保持一致,即衬套接触边缘内侧最易萌生微动裂纹。用方足桥-试件模拟件进行微动疲劳实验验证。结果表明,3种方法预测位置与实验试件断裂位置保持一致,其中基于热力学势函数法预测结果最为准确。     

柴油机连杆衬套微动疲劳裂纹萌生位置预测方法

针对过盈配合的连杆小头和衬套之间存在的微动疲劳现象,建立连杆有限元模型,用ANSYS软件对其进行微动疲劳仿真,提取并分析连杆-衬套接触区上的应力、位移数据,分别用RUIZ综合参数法、MSR临界面法、基于损伤力学的热力学耗散势函数法预测衬套微动裂纹萌生位置。结果表明,3种方法预测的裂纹萌生位置保持一致,即衬套接触边缘内侧最易萌生微动裂纹。用方足桥-试件模拟件进行微动疲劳实验验证。结果表明,3种方法预测位置与实验试件断裂位置保持一致,其中基于热力学势函数法预测结果最为准确。     

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。     

临界面法预测微动裂纹萌生特性和微动疲劳寿命

微动疲劳是造成飞机、船舶、车辆、建筑、核能、海洋工程等失效的主要原因。根据能量的转变提出SSI剪应变能临界面法。以45#钢为例,建立微动桥有限元模型,用SSI剪应变能临界面法对微动桥的微动疲劳裂纹萌生特性和寿命进行预测。通过与试验数据对比证明SSI临界面法用于微动疲劳裂纹萌生特性和寿命预测的可行性。     

压装轴微动疲劳主裂纹萌生位置的分析

为研究压装轴微动疲劳主裂纹的萌生位置,进行由锁紧环、压装垫环和压装轴试样组成的过盈配合结构的旋转弯曲加载条件下的微动疲劳试验,观察不同名义弯曲应力对应的试样的主裂纹萌生位置,发现主裂纹位于比张开区更深的接触内部。针对试验加载条件,采用有限元软件ANSYS,进行弹性有限元仿真分析,运用Ruiz法预测不同名义弯曲应力下试样的主裂纹萌生位置,并将Ruiz法的预测结果与疲劳试验的测量结果进行比较。结果表明,随着名义弯曲应力的增加,预测误差大幅度的增加。研究发现,接触边缘处发生的接触面张开现象是引起预测误差的主要原因;基于Ruiz法预测压装轴微动疲劳裂纹萌生位置时,需要考虑在接触边缘处接触面张开区宽度的影响,特别是对于名义弯曲应力与接触压力的比值较大的压装工况。     

采用Mindlin理论预测分析滚动微动疲劳裂纹萌生

针对滚动柱面过盈配合面的滚动微动失效形式,建立了预测微动裂纹萌生位置的控制模型,该模型应用控制参数W,综合考虑了接触面上的拉应力、剪切应力、摩擦系数、分布区域等主要裂纹萌生影响参数,对微动裂纹的萌生位置进行了预测。应用该预测模型对实际失效轴承裂纹萌生位置进行了预测,并与实际轴承失效的微观特征进行了对比,验证了预测模型的正确性。     

基于有限元分析的裂纹比拟法估算微动疲劳寿命

采用Ansys有限元软件对方足微动桥/平面试样接触状态进行分析,确定试样微动接触面上应力场分布和接触面三区(黏着区、滑移区、张开区)分布特征,分析接触面上接触状态随外加交变载荷的变化规律,在此基础上改进微动疲劳(fretting fatigue,FF)寿命估算的裂纹比拟法(crack analogue method,CAM)。选取不同水平的循环载荷及不同名义接触压力对Ti811钛合金试样在350℃下进行微动疲劳试验,验证改进裂纹比拟法(modified crack analogue method,MCAM)的准确性。结果表明,微动疲劳中接触面压应力与剪应力在黏/滑交界区存在突变,张应力幅在滑移/张开分界处达到最大值,裂纹易在此萌生并扩展。改进的裂纹比拟法估算值与实验结果取得良好的一致性。     

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。     

空心轴与实心轴过盈配合结构微动磨损与疲劳的仿真分析

为了分析空心轴与实心轴过盈配合结构微动磨损与疲劳行为的差异,建立了两种过盈配合结构的微动磨损-微动疲劳联合仿真模型。该联合仿真模型基于Archard磨损方程和有限元软件ABAQUS的自适应网格技术实现了循环微动磨损的仿真,基于线性累积损伤理论和修正的SWT临界平面法实现了微动疲劳寿命预测。分析结果表明：空心轴的微动磨损比实心轴严重,微动磨损显著降低了过盈配合边缘附近的应力集中,同时在配合内部引起了新的应力集中,并导致微动裂纹萌生位置出现在配合内部。受到微动磨损的影响,空心轴的微动疲劳寿命仅约为实心轴的40%,但两种结构的微动裂纹萌生位置几乎一致。     

不完全接触端微动疲劳强度界面力学评估

采用ABAQUS有限元软件对微动桥平面/平面试样接触状态进行三维有限元分析,详细计算了接触边缘应力变化,分析了不完全接触区应力场,讨论了不同半径R(0.3mm,0.6mm,0.9mm)和不同的摩擦系数f(0.3,0.6,0.8)对微动区接触应力集中的影响,分析其应力奇异性的变化。根据界面力学接触界面奇异应力场和应力强度参数来计算应力奇异性特征值λ,进而计算微动疲劳强度系数K,对微动疲劳强度进行评估。从理论计算出发,研究分析接触边缘的微动疲劳强度,以及各参数对微动疲劳强度系数K的影响。     

轴向和法向应力对DD3和DZ125镍基合金微动疲劳性能的影响

在自行设计的微动疲劳试验装置上进行了各向异性镍基合金DD3和DZ125与粉末高温镍基合金FGH95配对接触的微动疲劳试验,对接触区域萌生裂纹的断口形貌进行了观察,分析了轴向和法向应力对微动疲劳寿命以及微动接触区最大等效应力(Von-Mises等效应力)、滑移幅值、法向应变幅值等微动疲劳参数的影响。结果表明:保持法向应力不变,增大轴向应力将会降低DD3和DZ125合金的微动疲劳寿命;保持轴向应力不变,法向应力对微动疲劳寿命的影响不如轴向应力的显著;微动接触区域的最大等效应力和法向应变幅值受法向应力和轴向应力的共同影响,而滑移幅值仅受轴向应力的影响。     

柴油机机体紧固面微动裂纹开闭现象的研究

柴油机机体材料ZL702A铝合金的微动疲劳实验中,裂纹形核于接触后缘,且在拉应力下裂纹处于闭合状态,在压应力下裂纹处于张开状态.本文针对该特殊的开闭机制采用有限元进行分析.首先利用累计耗散能的概念确定了裂纹萌生的位置,运用SWT参数法和MTS准则法模拟得到的裂纹拓展路径,与实验对比发现MTS准则可以较为准确地模拟裂纹纹...     

微动疲劳寿命的估算方法研究

着重分析了零构件由于微动磨损而造成的疲劳失效机制 ,说明了在这种微动疲劳模式下疲劳寿命的组成情况 ,用门槛值应力公式估算了当磨蚀坑根部萌生扩展性裂纹时蚀坑的临界深度尺寸 ,并分析了微动裂纹尖端的应力强度因子 ,得出了计算微动裂纹萌生尺寸的表达式 ,最后用上述方法计算了螺纹联接件的微动磨损寿命与裂纹萌生尺寸 ,用局部应力应变法计算了微动裂纹的萌生寿命 ,所得到的估测寿命与试验值相符 ,由此可见 ,该微动疲劳寿命的估测方法是合理的、有效的     

微动疲劳寿命的估算方法研究

着重分析了零构件由于微动磨损而造成的疲劳失效机制,说明了在这种微动疲劳模式下疲劳寿命的组成情况,用门槛值应力公式估算了当磨蚀坑根部萌生扩展性裂纹时蚀坑的临界深度尺寸,并分析了微动裂纹尖端的应力强度因子,得出了计算微动裂纹萌生尺寸的表达式,最后用上述方法计算了螺纹联接件的微动磨损寿命与裂纹萌生尺寸,用局部应力应变法计算了微动裂纹的萌生寿命,所得到的估测寿命与试验值相符,由此可见,该微动疲劳寿命的估测方法是合理的,有效的。     

协调接触微动面裂纹萌生位置研究

为了探究协调接触条件下材料的微动疲劳失效机理,针对亚共晶铝硅合金ZL702A,使用有限元法建立了协调接触微动分析非线性模型,研究了试验条件下微动面的应力响应特征、断裂位置以及轴向载荷、法向载荷等因素对微动滑移量的影响,使用微动综合参数进一步验证了裂纹的萌生位置。结果表明:对于协调接触微动疲劳情形,微动表面并不一定必然存在微动滑移区,可能处于完全粘着状态,接触状态与轴向疲劳载荷、法向压力均有关系,微动滑移量几乎总是随轴向疲劳载荷的增加而增加,法向接触载荷越大,最大滑移量越小;如果存在微动滑移区,试件断裂位置处于粘滑过渡区;如果微动面处于完全粘着微动状态,试件断裂的位置处于压头与试件的接触边缘。     

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。     

载荷对径向微动磨损的影响

为了研究在实际工况中较为常见的圆柱/平面接触副的径向微动磨损特性,分析载荷对径向微动磨损影响,本文通过ANSYS建立圆柱/平面的径向微动磨损模型,分析施加载荷过程,不同时间点的载荷对径向微动磨损的影响,并通过接触切应力和X方向应力的分析,提出径向微动磨损在粘滑过渡点以及X方向应力为零的点为裂纹萌生点.     

带有微动磨损缺口钢丝的疲劳特性

在自制的微动磨损试验机上进行钢丝的微动磨损试验,将微动磨损后的钢丝试样在液压伺服疲劳试验机上进行不同应力比和不同应力幅下的疲劳试验。结果表明,钢丝的微动磨损深度随微动时间和接触载荷的增加而增加,磨损缺口处的应力集中使其成为了裂纹萌生源,也使钢丝试样的疲劳寿命大大降低,微动磨损后钢丝试样的疲劳寿命和磨损深度呈反比关系。通过钢丝疲劳断口的SEM形貌分析了其疲劳断裂机制,断口对应不同的疲劳阶段,可分为裂纹萌生区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区。