低载强化后汽车结构件疲劳裂纹扩展速度研究

为了从微观上揭示汽车结构件经过低载强化后疲劳强度和疲劳寿命提高的原因和机理,本文利用扫描电镜,对某汽车前轴低载强化前后试样断口的疲劳裂纹扩展速度进行了对比研究。研究结果表明,经过低载强化后的汽车结构件断口试样,其贝纹线的增长趋势减弱,疲劳辉度间距变小。这些微观变化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使汽车结构件的疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

变速箱齿轮低载强化微观机理的初步研究

疲劳试验表明工艺强化后的高强度变速箱齿轮经过低载强化,其单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到一定程度的提高,而且疲劳寿命提高的幅度远大于疲劳后强度的提高幅度。本文参考未经过工艺处理的低强度前梁的低载强化微观分析结果,利用SEM和TEM对某汽车变速箱齿轮低载强化微观机理进行了初步研究,力图从微观上揭示工艺强化后高强度齿轮低载强化的成因和机理。结果表明,适当的强化载荷能够使高强度齿轮的疲劳扩展区域增加、裂纹扩展间距下降,低载强化使齿轮的微观组织得到进一步的锻炼、强度和硬度有所下降,但微观组织的整体机械性能得到提高。     

不同应力比下U75V轨道钢疲劳裂纹扩展行为研究

对高速铁路常用轨道钢U75V进行了不同应力比下的疲劳裂纹扩展门槛值测试和疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,应力比对U75V轨道钢的裂纹扩展行为有着显著影响。利用分级降载法测得的疲劳裂纹扩展门槛值随应力比的增大而减小,裂纹扩展速率随应力比的增大而增大。对裂纹断口微观形貌进行了细致观察分析,发现整个疲劳断口分布有凸条纹棱线。疲劳门槛值附近出现沿晶体学平面的穿晶小刻面;低扩展速率区凸条纹棱线平行排列,棱线方向与珠光体片层方向一致;高扩展速率区的棱线出现弯曲及碎裂,同时伴有解理断面及二次裂纹。     

双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展

针对典型承受高、低周双频复合载荷的水轮机叶片、电机转子用钢进行了低周疲劳、高低周双频复合疲劳的裂纹萌生及扩展规律的探讨。在频率比确定的条件下,载荷比是影响双频疲劳裂纹萌生及扩展的一个重要因素。随着载荷比的升高,疲劳裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹扩展速率加快,疲劳断口呈现明显的周期特征。高、低周双频复合疲劳载荷各自的独特作用以及高、低周载荷在裂纹尖端引起的塑性区的交互作用是造成疲劳断口独特形貌的主要原因。     

某高压涡轮盘裂纹扩展特性研究

通过三维裂纹扩展有限元仿真分析与低循环疲劳裂纹扩展试验相结合,研究了某高压涡轮盘损伤容限特征。基于有限元仿真分析获得的螺栓孔部位的应力和变形,开展了三维裂纹扩展寿命仿真计算,得到裂纹扩展速率的计算值。在轮盘低循环疲劳试验中,通过螺栓孔内壁面处定期荧光渗透检测和裂纹长度检测,记录了裂纹发展情况;在轮盘破裂后,通过疲劳断口扫描电镜观察,获得了裂纹扩展特征。结果表明,仿真计算与试验断口分析得到的裂纹前沿扩展历程、裂纹扩展寿命之间均存在较好的一致性。     

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。     

根部圆角滚压强化的高精度钛合金螺栓疲劳失效研究

为研究根部圆角滚压强化处理后高精度螺栓的疲劳失效特征,开展根部圆角滚压强化的高精度钛合金螺栓疲劳失效断口的检测与研究。分析螺栓根部圆角滚压强化工艺的特点;对比螺栓滚压表面处理工艺对螺栓疲劳断裂的影响,对高精度螺栓疲劳试验后的外观和断口进行宏观形貌和微观显微特征研究;探讨涂铝钛合金螺栓的裂纹源特征。研究结果表明：根部圆角滚压螺栓的疲劳断裂断口呈现显著的韧性断裂特征;涂铝、喷丸或抛光处理能够增强其断口的等轴韧窝特征,证实了以韧性断裂为主的断裂机理,同时研究发现了铝涂层的界面剥离特征。     

离心轮内部疲劳裂纹扩展及其无损定量表征

为研究某离心轮内部疲劳裂纹扩展及其无损定量表征,开展了高速低循环旋转疲劳试验以及多种无损检测定量表征、断口分析、疲劳裂纹扩展仿真对比研究.研究结果表明:疲劳裂纹到达表面后,疲劳裂纹处于非稳定扩展阶段;20000～21700循环间,区间疲劳裂纹扩展速率仿真值与无损表征值接近;21700～21789循环间,区间疲劳裂纹扩展...     

某直升机旋翼轴低周疲劳寿命研究

旋翼轴是直升机传动系统的关键部件之一。基于此,利用有限元计算分析与疲劳试验相结合方法,研究了某直升机旋翼轴低周疲劳寿命,计算结果及分析表明旋翼轴低周疲劳薄弱区域位于行星架位置;试验结果表明试验方案可行,止扭方案效果好,旋翼轴失效部位与计算结果一致。另外,对旋翼轴断口分析显示裂纹起源于行星架轴颈受载圆周面根部转角R处,失效形式为疲劳断裂,根据疲劳条带计算获得疲劳裂纹扩展寿命与应变监测获得相近;该旋翼轴在规定载荷谱下疲劳寿命约为58.3万次,满足型号设计要求。     

铁、镍基高温合金疲劳断口特征分析

本文用金相表面观察及断口金相分析的方法得到铁镍基高温合金疲劳裂纹萌生在孪晶与基体界面、夹杂物(碳氮化钛)与基体界面以及表面或内部疏松夹渣等冶金缺陷上的实验证据。用扫描电镜及透射电镜观察了大量的这类合金高周、低周疲劳断口,特别对铸造镍基高温合金第一阶段断口进行了细致的观察,讨论了第一阶段疲劳断口的形成机制、性质,并总结了镍基合金第一阶段断口与体心立方金属解理断口的差别,依据一种铸造镍基合金不同应力、温度、试样形状等条件下疲劳断口的特征时影响第一阶段疲劳裂纹扩展的因素进行了分析。     

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。     

结构强度对低载强化特性影响的初步研究

为了研究结构强度对低载强化特性的影响，对未经过工艺强化的低强度前轴和经过工艺强化的高强度齿轮分别进行了低载强化试验。通过对试验数据的处理，得到了两种结构弯曲疲劳强度的S-N曲线、弯曲疲劳强度和疲劳寿命与强化载荷、强化次数之间的数学关系，以及经过低载强化后弯曲疲劳强度和疲劳寿命提高的最大幅度。随着结构强度的提高，弯曲疲劳强度的提高幅度呈下降趋势，但疲劳寿命的提高幅度呈上升趋势。从宏观和微观上初步分析了结构强度对低载强化特性影响的原因。     

低幅载荷强化和损伤两重性试验研究

以40Cr试样的两级疲劳试验为基础,系统分析低幅载荷作用后试样疲劳强度变化规律,发现存在一个载荷最佳锻炼次数,低幅载荷的强化和损伤作用以这个最佳锻炼次数为分界点.在分界点之前,低幅载荷作用后试样疲劳强度逐级提高,低幅载荷表现为强化作用;在分界点之后,低幅载荷作用后虽然试样疲劳强度仍然得到强化和提高,但疲劳强度提高的程度逐级降低,即低幅载荷的强化作用逐级减弱,表明损伤的逐级增加.这种特性为产品轻量化设计时合理确定载荷谱中低幅载荷的等级及其作用次数提供重要参考.     

低幅载荷对汽车前轴疲劳寿命影响的试验研究

为了探讨基于载荷特性的汽车结构件轻量化设计理论与方法，采用汽车前轴实物物理试验的方法，比较系统地研究某汽车前轴在低幅交变载荷作用下结构疲劳寿命的变化趋势，发现在低于疲劳极限的低幅应力区内存在一个强化载荷区。用强化载荷区内的不同载荷对前轴进行预锻炼，前轴的疲劳寿命有不同程度的提高。既使在高低载荷交替作用的条件下，低载强化效果依然存在。结构的寿命由强度衰减速率和强度提高速率共同决定，而不是仅由损伤决定。     

汽车结构件低载强化的微观分析

为了从微观上解释汽车构件低载强化产生的原因,利用透射电镜对汽车前轴低载强化前后微观组织特征进行了深入研究。结果表明：经过低载强化后,造成材料晶界附近位错高度缠绕,形成位错墙;晶粒变形时的晶界摩擦力增大,晶内的晶胞原子结合更紧密,在高载荷的反复作用下晶格常数仍能基本保持不变,晶界强化则是低载强化微观上的主要原因。     

轿车变速箱齿轮磨合规范的初步研究

根据国产某变速箱倒挡圆柱齿轮低载强化的试验结果，制定了对变速器具有强化效果的新磨合规范，并在新磨合规范下进行了试验研究。试验结果表明，在不改变磨合时间和转速的新磨合规范中，可将具有强化作用的载荷作为磨合载荷。磨合后，变速箱的平均疲劳寿命比原规范下的平均疲劳寿命提高近40%。     

某型轿车摆臂程序载荷谱编制研究

通过实测摆臂试车场道路载荷谱,对摆臂目标测点载荷谱进行了统计分析,综合考虑结构的低载强化特性与传统载荷谱编制方法,提出了一种包含具有强化效果载荷的程序载荷谱编制方案。该方案依据摆臂结构的低载强化特性删除了大量无效载荷,同时保留了载荷谱中具有强化效果的载荷,并研究了强化载荷之间的等强化准则,将强化载荷折算到最佳强化载荷等级,减少了强化载荷试验频次,能够快速、真实地模拟出汽车零部件实际受载情况,试验加速效果明显。     

汽车前轴低载强化三维曲面方程

通过对不同等级低幅载荷对某汽车前轴疲劳强度影响的试验研究，证实一定范围内的低幅载荷对结构件的强化效果确实存在，并且是比较显著的，在物理试验结果的基础上，通过数值试验和正交多项式回归的方法，得到该前轴在低幅交变载荷作用下的三维强化曲面方程，这为正确评估该前轴使用中的强度变化规律提供了理论和技术依据，为建立基于使用载荷和结构疲劳强度特征的结构轻量化设计理论与方法进行了有益的探索。     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

数控车床主轴低载强化试验数据处理

在高强度数控车床主轴低载强化试验结果的基础上,通过数值插值方法,补充了试验数据,得到强化载荷与强化后疲劳寿命之间、强化次数与强化后的疲劳寿命之间的数学关系,然后根据这两个二维关系式,通过数学插值,得到低载强化空间曲面的离散点三维坐标,再根据这些数据点,用Tablecurve3d软件拟合得到低幅交变载荷作用下的三维强化曲面方程。