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。     

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。     

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。     

接触面应力强度对微动裂纹萌生特性的影响

根据微动接触副的几何结构和接触状态,以柱面桥脚微动桥与平面试样接触为研究对象,基于ANSYS软件建立其微动疲劳损伤有限元模型,分析应力强度和应力强度幅度对微动裂纹萌生特性的影响规律,采用SWT临界面法预测微裂纹萌生位置并与试验结果进行比较。结果表明:柱面桥脚微动桥与平面试样接触副在接触区存在应力集中,最大应力强度幅度出现在微动桥脚外侧接触区,在轴向应力作用下,此处的应变量最大,易于裂纹的萌生;SWT临界面法预测裂纹萌生位置与最大应力强度幅度所在位置一致,并与试验结果吻合。     

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。     

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。     

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。     

柴油机连杆齿形配合面裂纹成因研究

在16V280ZJ型柴油机连杆齿形配合面的动力学分折、接触应力及相对微滑位移值计算的基础上，对连杆材料(调质42CrMo钢)进行了微动试验研究。结果表明，连杆齿形配合面问发生微动，并运行于微动裂纹最易形成的混合区。结合连杆裂纹故障的特征，分折认为连杆齿形失效的根本原因在于接触齿面间复杂的微动疲劳作用加速了裂纹的萌生与扩展，大大降低了连杆使用寿命，并提出了减缓连杆齿形配合面微动疲劳损伤的方案。     

圆弧端齿结构微动疲劳试验加载装置的设计及实现

针对圆弧端齿结构三维微动疲劳试验难度大、成本高等问题,提出了一种二维等效加载方案,设计并实现了微动疲劳试验加载装置,建立了二维结构微动疲劳试验模型。对典型圆弧端齿结构的二维等效试件进行了微动疲劳试验,发现疲劳裂纹萌生于接触面的接触边缘,接触面出现大量微动磨屑,为典型的微动疲劳失效形式。试验结果表明,该微动疲劳试验加载装置可满足端齿结构微动疲劳试验要求,为微动损伤机理分析和微动疲劳寿命预测提供了试验数据支持。     

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     

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。     

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。     

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。     

微动疲劳寿命预测方法的探讨

进行激动疲劳和普通疲劳的对比分析，找出它们的差异和共性。根据已有的研究成果，本文提出根据微动作用确定疲劳裂纹萌生和扩展点的位置，在该位置用普通的疲劳理论和计算方法计算微动疲劳寿命的方法。该方法具有一定的准确性，可用来进行微动疲劳寿命的初步估算。     

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。     

疲劳载荷和表面力学特性对微动疲劳裂纹萌生位置的影响

采用数值分析的方法研究了单构件螺栓铆接铝板在不同接触表面摩擦因数和疲劳载荷的情况下铝板上表面接触区内边缘 (孔边) 和外边缘的应力场特性,分析了摩擦因数和疲劳载荷对微动疲劳裂纹萌生位置的影响.结果表明,微动疲劳裂纹的理论分析结果与试验实测是吻合的.增加摩擦因数和疲劳载荷幅值时都会使裂纹的萌生由90°区域向45°区域移动.     

铁路车轴过盈配合结构微动磨损与微动疲劳研究

采用比例车轴试样进行了微动疲劳试验,试验后观察了车轴微动区的微动磨损与微动疲劳损伤,并测量了车轮、车轴配合面磨损轮廓.试验结果表明,车轴轮座边缘微动区的磨损机理主要是磨粒磨损、剥层和氧化磨损.车轴微动疲劳裂纹萌生于微动区内部,初始裂纹角度与车轴径向方向成29°.随着裂纹的扩展,裂纹角度逐渐减小.此后,基于测量的磨损轮廓...