速度对含夹杂物动车车轮轮辋疲劳寿命影响的研究

动车车轮轮辋疲劳裂纹常起裂于夹杂物聚集区,大尺寸的夹杂物聚集将会对其疲劳寿命产生影响。通过动力学仿真及有限元仿真结合材料疲劳试验确定了不同速度下含夹杂物车轮轮辋的概率疲劳寿命的方法。为了预估不同速度下含夹杂物动车车轮轮辋疲劳寿命,以CRH5型动车车轮为研究对象,建立了车辆动力学模型和含夹杂物的轮轴有限元模型,得到不同速度下车轮的随机载荷时间历程和危险部位的应力-时间历程,基于不同置信度和存活率下的S-N曲线和Miner准则对含夹杂物动车车轮轮辋进行疲劳寿命预估。结果表明:在相同的置信度和存活率下,随着速度的提高,含夹杂物车轮轮辋疲劳寿命会明显缩短;在相同的速度和置信度下,随着存活率的提高,含夹杂物车轮轮辋疲劳寿命会明显缩短;在相同的速度和存活率下,随着置信度的提高,含夹杂物车轮轮辋疲劳寿命会明显缩短。     

非均质材料非牛顿弹流润滑特性及疲劳寿命研究

滚动轴承的润滑性能及寿命与润滑剂的流变特性及材料的非均质性息息相关。本文在建立非牛顿弹流润滑模型、非均质模型及滚动接触疲劳寿命模型的基础上,考察了滑滚比、润滑剂特征剪应力以及夹杂物体积比对非均质材料润滑性能和疲劳寿命的影响。数值模拟结果表明,夹杂物的存在会引起油膜压力和次表面应力的显著变化,造成疲劳寿命的降低;滑滚比的增加和特征剪应力的增大均会引起最大von Mises应力的增加和疲劳寿命的降低,且相对于含硬夹杂物的材料而言,含软夹杂物的材料的疲劳寿命对滑滚比和特征剪应力的变化更为敏感;夹杂物在材料中所占的体积比越大,非均质材料的疲劳寿命越低。     

夹杂物随机分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响研究

齿轮材料中存在非金属夹杂物会显著降低齿轮的接触疲劳强度,其作用机理研究可为生产质量的控制和服役性能的评价提供重要指导。为此,建立了含随机分布非金属夹杂物的齿轮副有限元接触分析模型,并基于Brown-Miller多轴疲劳准则研究了夹杂物分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响,预测了3种不同可靠度下的齿轮接触疲劳R-S-N曲线。结果表明,次表面夹杂物的存在,尤其是夹杂物的聚集,会产生相当大的应力集中,并造成接触疲劳寿命的显著降低;最小疲劳寿命深度主要位于0.35bH到0.75bH的范围内,其统计分布与对数正态函数的符合度最高,其次为三参数威布尔分布函数;接触疲劳寿命较好地符合三参数威布尔分布。     

非金属夹杂物对AlSn20内燃机轴瓦疲劳磨损强度影响的研究

本文提出了在轴瓦材料熔铸过程中使用不同的精炼剂,会影响轴瓦中非金属夹杂物的含量,而非金属夹杂物的存在影响轴瓦的疲劳寿命.试验结果表明使用Zncl(?)精炼剂较之其他种类精炼剂,可使轴瓦中非金属夹杂物对轴瓦的疲劳寿命影响较小.图7表3参4     

复杂形状夹杂物对动车组车轮辋裂的影响

以CRH5型动车组轮轴为研究对象,研究了夹杂物的形态对轮辋局部应力和轮辋裂纹成核的影响。结果显示,夹杂物棱角角度越小,夹杂物周围应力水平越高;夹杂物的厚度越小,半径越大,夹杂物周围最大等效应力越大,越易引起局部应力集中,导致疲劳裂纹易于萌生。利用有限元法和曲线拟合方法得到不同工况下夹杂物的临界尺寸,研究发现:不同工况下夹杂物的临界尺寸不同,弯道工况下的临界尺寸最小,夹杂物的尺寸超过临界尺寸时,裂纹才会萌生。     

非金属夹杂物对滚动接触疲劳裂纹萌生及扩展的影响

为提高机械设备结构部件的疲劳寿命,研究材料中非金属夹杂物对滚动接触疲劳的影响,综述了非金属夹杂物的类型、形状及尺度,分析了非金属夹杂物相对表面深度、应力集中与热膨胀系数对裂纹产生的影响。阐述了疲劳裂纹的扩展和疲劳失效,分别介绍了基于动态剪应力、Mises应力和裂纹尖端应力的裂纹扩展模型。介绍了疲劳剥落失效的有限元法和基于弹塑性力学的理论分析法,以及试验技术如磁场检测、超声波检测、声发射、X射线和辐射分层成像技术等,分析了这些方法的优缺点,最后,提出了需要进一步研究的问题,以期为滚动轴承的疲劳寿命预测与提高提供基础。     

真空脱气轴承钢的试验研究

本文对采用真空处理冶炼轴承钢的RH法、VArD法和碱性电炉钢进行了试验研究。结果表明,破坏概率在10％的情况下,RH脱气轴承钢的疲劳寿命是大冶碱性电弧炉钢的1.4倍,VArD脱气轴承钢的疲劳寿命和大冶电炉钢相近,没有明显的提高。RH脱气轴承钢的疲劳寿命之所以得到提高是因为钢中非金属夹杂物分布瀰散,夹杂物由Al和Si氧化物类型组成,并具有硫化物包围氧化物的趋势:而VArD脱气轴承钢和电炉钢非金属夹杂物分布集中并多为Al和Ca的铝酸钙类型夹杂物组成,而铝酸钙盐所形成的点状夹杂物是降低钢材疲劳寿命的主要原因。钢中氧含量在14～30ppm,稳定夹杂物总量在0.011～0.016%之间对疲劳寿命没有显著的影响。非金属夹杂物至工作表面的远近直接影响材料的疲劳寿命,距工作表面越近其疲劳寿命越低。     

45钢中非金属夹杂物的鉴别

钢中的非金属夹杂物对钢的质量影响很大,钢中不同类型的夹杂物对钢的性能的影响也不同,在实践中必须区分开不同类型的夹杂物。 我厂生产的曲轴是用45钢经锻打成形的,金相分析时发现其中有一条粗大的非金属夹杂物,初看时,发现夹杂物太大,不敢肯定夹杂物的性质。为了     

夹杂物尺寸及位置对51CrV4弹簧钢疲劳寿命的影响

用能谱仪、扫描电镜分析了51CrV4弹簧钢的疲劳断口,研究了夹杂物尺寸及位置对该钢疲劳寿命的影响规律。结果表明:51CrV4试验钢的疲劳强度为702.5MPa,在保证试样表面没有划痕和麻点的情况下,疲劳裂纹主要起裂于椭球状且塑性较低的复杂氧化铝夹杂;在夹杂物尺寸越大和距离表面越近的情况下,其疲劳寿命越低;在710MPa应力水平下近表面夹杂物的临界尺寸为5.47μm。     

45热轧圆钢顶锻开裂原因分析

对45热轧圆钢室温顶锻试验中出现的裂纹进行了研究,分析了表面缺陷、变形温度、变形量、显微组织、夹杂物等对顶锻开裂的影响.结果表明:引起室温顶锻开裂的直接原因是钢中存在大量脆性氧化铝和塑性硫化物非金属夹杂物,该夹杂物沿轧制方向不均匀分布,对拉伸性能影响不大,但对顶锻开裂有较大的影响,特别是当夹杂物处在变形鼓形区附近时;脆性夹杂物造成应力集中,塑性夹杂物形成空洞,使夹杂物和基体界面处容易形成裂纹源,进而在应力作用下不断扩展并最终开裂;原始片状珠光体组织及热轧后的热应力加剧了夹杂物开裂倾向.     

铸件缺陷分析技术讲座：第九讲 夹杂类缺陷

夹杂类缺陷是铸件含有各种金属和非金属夹杂物的总称。非金属夹杂物是存在于铸件中的非金属相,金属夹杂物则是与基体金属颜色显然不同的异型金属块。夹杂物的存在,破坏了合金基体的连续性,造成合金组织不均匀、影响了合金的力学性能和铸造性能等,为提高铸件质量,近年来对减少夹杂物数量的各种途径进行了研究并取得了显著进展。     

2.25CrMoV钢于夹杂物和晶界处开裂低周疲劳裂纹扩展的原位观测

对汽轮机转子用2.25CrMoV钢在真空常温条件下进行高应力低周疲劳试验,对试样中起源于夹杂物和晶界等典型缺陷处的裂纹扩展进行了原位连续观测,研究了典型缺陷对疲劳裂纹萌生和初期扩展的影响。结果表明:在高应力循环载荷作用下,夹杂物的形状和尺寸对疲劳裂纹的扩展无明显影响,夹杂物处萌生裂纹的扩展速率小于晶界处萌生裂纹的扩展速率;短裂纹群体效应和滑移线快速增殖的共同作用是导致试样疲劳破坏的主要原因。     

材料特性对车轮疲劳强度的影响

研究材料非线性本构、非金属夹杂物、低温冲击功和断裂韧性对高速动车组车轮疲劳强度的影响。考虑弹塑性接触带钢轨车轮有限元分析模型,研究不同轮径下车轮轮辋应力分布规律。研究影响车轮疲劳强度的材料主要性能指标,研究夹杂物尺寸和许用应力、裂纹扩展门槛值的关系。研究断裂韧性和踏面剥离的关系、低温冲击功和车轮瞬间脆性破坏的关系。分析不同轮径和车轮疲劳强度的关系。     

CeF3对自保护药芯焊丝熔敷金属中夹杂物和韧性的影响

详细研究了CeF3对自保护药芯焊丝熔敷金属中非金属夹杂物尺寸和分布的影响.结果表明,熔敷金属中的主要非金属夹杂物是AlN和Al2O3.药芯中加入CeF3能够细化夹杂物和降低大尺寸夹杂物的数量,加入适量的CeF3能够提高熔敷金属的低温冲击韧度.稀土改变夹杂物在熔敷金属中的尺寸和分布主要是与夹杂物在熔敷金属凝固时的上浮行为有关,稀土能促进大颗粒夹杂物的上浮.     

高速与重载铁路钢轨损伤及预防技术差异研究

结合多年的研究与调查,分析了高速与重载铁路钢轨损伤与预防技术的差异。钢轨侧磨与压溃是重载曲线段钢轨的主要损伤类型,而高速铁路钢轨主要表现为疲劳损伤特征;根据磨损与疲劳的相互制约与竞争关系,提出了高速与重载铁路钢轨选材及车轮型面选择的不同要求;阐述了高速与重载铁路钢轨不同曲线轨头非对称打磨技术的原理及应用。     

非均质材料的时变弹流润滑特性分析

通过将夹杂物所引起的表面特征位移引入到时变弹流润滑问题中,建立非均质材料时变弹流润滑模型,综合应用有限差分法、共轭梯度法及快速傅立叶变换算法进行数值求解,分析夹杂物对油膜厚度、压力及次表面应力的影响。结果表明:稳态条件下,硬夹杂物使得其上方的油膜压力增加、内部应力上升,而软夹杂物使得其上方的压力和内部应力均减小,但左右两边缘处出现应力集中;夹杂物的存在对油膜厚度的影响较小;当夹杂物体积和位置相同时,椭球体形夹杂物对油膜压力的影响比立方体形夹杂物显著,但含立方体形夹杂物的材料内最大von Mises应力对夹杂物弹性参数的变化更为敏感;时变条件下,非均质材料表面的油膜压力和内部的次表面应力均受动态效应的影响,呈现出与稳态下不同的特性。     

重载RV减速器的摆线针轮疲劳寿命预测

以某型重载RV减速器中的摆线针轮为研究对象,利用有限元分析软件建立轮齿接触等效模型,得到了摆线轮齿面的接触应力分布并分析了其最大接触应力区,基于刚柔耦合动力学建模,得到了最大接触应力区的应力-时间历程。采用疲劳累计损伤理论,基于疲劳寿命专用仿真软件,以有限元结果和载荷谱为输入,分析了摆线针轮在相应外部循环载荷作用下的最终寿命,研究结果表明：摆线轮最大应力部位和危险部位在分度圆附近且靠近端面,最大应力为817 MPa,疲劳寿命为106.673次,等效寿命为5 233 h,为摆线轮的抗疲劳优化设计提供了参考价值。     

40Cr锻件接头连接件缺陷分析

桥梁缆索用配件40Cr锻件接头连接件在调质后发现有开裂现象,经金相分析后发现由于材料中存在非金属夹杂物,在锻造时沿夹杂物形成局部带状组织,在淬火时产生的应力作用下促使裂纹产生并沿夹杂物分布扩展,从而导致工件开裂。     

高速铁路钢轨剩余疲劳寿命预测研究

利用断裂力学理论建立高速铁路钢轨剩余寿命的预测模型;首先对特定线路上钢轨的动载弯曲应力、温度应力、残余应力进行计算,然后利用预测模型估算高速钢轨的疲劳剩余寿命,分析钢轨材料、列车速度系数、钢轨基础弹性系数对钢轨剩余寿命的影响。结果表明:相同营运条件下,U71Mn钢轨剩余寿命比PD3钢轨长;钢轨剩余寿命随列车速度系数的增加而降低,随钢轨基础弹性系数的增长而延长。     

GCr15钢超长寿命疲劳破坏的机理

通过对试样断口的观察、断裂力学分析以及FRASTA仿真的方法,研究了GCr15钢在旋转弯曲加载下超长寿命疲劳破坏的机理,阐述了其内部裂纹萌生和扩展的力学条件,建立了颗粒状白色区域(GBF)的形成机理模型.结果表明:GCr15钢的内部破坏是由材料内部的非金属夹杂物引起的,并且在夹杂物的周围伴有GBF的形成,整个内部裂纹具有典型的"鱼眼"形貌特征;内部起裂是超长寿命疲劳破坏的典型特征.GBF的应力强度因子幅值△KG瓯(4～6 MPa·m1/2)是控制内部裂纹扩展的临界参数,并且其形成过程占据了超长寿命疲劳过程的绝大部分.