表面粗糙度对三维应力集中系数及疲劳寿命的影响

利用半椭圆微缺口表征表面粗糙度,建立了平板表面形貌的三维有限元模型,总结了微缺口参数对表面应力集中系数的影响规律。建立了表面应力集中系数与表面粗糙度之间的经验公式,预测了不同表面粗糙度下平板的疲劳寿命。研究结果表明：应力集中系数与表面粗糙度成正相关关系;当缺口数大于10时,应力集中系数随缺口数的增加而恒定;当间宽比大于5时,多缺口已经失去缓和应力集中的作用;疲劳寿命随着表面粗糙度的增加而缩短。     

衬套冷挤压强化孔疲劳寿命研究

采用仿真分析方法对衬套挤压强化过程应力分布情况进行研究,对比芯棒拉力及强化后孔径实际值,分析仿真模型的准确性。基于强化后模型的应力情况对试验板进行名义应力法的疲劳寿命预测。对试验板进行疲劳试验得到两个孔位的疲劳寿命值,对断口位置进行分析。结果表明：衬套挤压强化后在孔周产生很高的周向残余应力区,可以有效缓解孔壁应力集中现象,提高孔的疲劳寿命。挤压强化后,孔的挤入端较挤出端更容易产生疲劳裂纹。疲劳寿命预测结果与试验结果有较好的一致性,能够为衬套结构设计进行尺寸合理性验证及疲劳寿命评估。     

一种磨削表面微观形貌应力集中系数的计算方法

针对一种磨削表面微观形貌的应力集中问题提出了一种应力集中系数的精确计算方法。通过实验观察磨削工件表面微观形貌在进给方向具有沟壑状形貌特征,采用缺口模型分析计算磨削表面微观形貌应力集中系数;提出基于二维表面轮廓数据的缺口表征参数计算方法,建立无限大平面缺口模型并采用迭代法对模型进行修正,并用有限元方法进行对比验证。针对磨削表面微观形貌的应力集中系数与缺口模型特征参数-缺口的宽度、深度和谷底半径的定量关系,提供了对应的经验公式。研究工作为磨削表面微观形貌与应力集中系数关联规律研究提供一种定量计算方法,对分析磨削工件表面微观形貌的疲劳性能具有基础作用。     

孔挤压强化工艺对7A12铝合金组织及疲劳性能影响的研究

研究了孔挤压强化工艺对7A12铝合金锻件的疲劳增益效果,并通过透射电镜、扫描电镜及X 射线衍射仪等设备,研究了疲劳断口的形貌特征、微观组织变化以及孔壁表层的残余应力场分布。研究结果表明,挤压过盈量为5%时,孔挤压疲劳寿命增益效果最好,是未强化的13.5倍;孔挤压后,孔壁强化层内形成了深度＆gt;9 mm 的残余压应力层,强化层内形成的位错胞状结构可以有效延缓疲劳裂纹的扩展速率,从而提高材料的疲劳寿命。     

TA15钛合金连接孔滚柱挤压强化参数对残余应力及疲劳寿命的影响

滚柱挤压强化是重要的表面处理方法,能够在材料内部形成稳定的残余应力,进而有效提高结构的疲劳性能.针对TA15钛合金开孔结构,滚柱挤压强化参数对残余应力及疲劳寿命的影响规律有待进一步研究.基于Johnson-Cook方程建立了TA15滚柱挤压过程仿真模型,揭示了不同挤压量和摩擦因数下,残余应力的产生、扩展及影响范围,探讨了挤压后孔壁材料在周向及轴向的变形规律;开展了TA15开孔结构疲劳寿命试验,对比研究了挤压强化后疲劳寿命的增益效果.     

镍基高温合金深小孔的旋转冷挤压强化工艺优化

采用多级凸包硬质合金挤压工具对镍基高温合金平板中的深小孔进行旋转冷挤压及无旋转冷挤压(主轴转速为0)试验,研究了挤压率(2.4%,3.0%,3.6%)与主轴转速(0,66,200 r·min^-1)对孔壁表面完整性及试样疲劳寿命的影响,确定了旋转冷挤压优化工艺。结果表明：与无旋转冷挤压强化工艺相比,旋转冷挤压强化后孔壁表面微裂纹较少,随着主轴转速的增加,微裂纹增多,表面粗糙增大,且相同主轴转速下,挤压率越大,粗糙度越小,表面硬度越高,残余压应力和压应力层厚度越大。优化旋转冷挤压工艺参数为主轴转速66 r·min^-1、挤压率3.0%,该工艺下的孔壁表面微裂纹少,塑性变形层较厚(约30μm),表层硬度提升(硬度峰值为515 HV),表面粗糙度较低(R_a为0.298μm),沿深度方向形成了厚度约为450μm、应力峰值为498 MPa的周向残余压应力层;在优化工艺下孔强化后试样的疲劳寿命约为未强化试样的6.6倍,疲劳裂纹源由孔壁表面向内部偏移了约45μm。     

表面粗糙度对表面应力集中系数和疲劳寿命影响分析

把平板的表面形貌简化为半椭圆形微缺口,采用有限元法对不同表面粗糙度下的应力场进行分析,得到不同表面粗糙度Rz时平板的表面应力集中系数,并预测不同表面粗糙度的平板在不同存活率下的疲劳寿命,讨论表面粗糙度对疲劳寿命的影响。采用回归方法建立表面应力集中系数与微缺口中心间距、表面粗糙度之间的经验公式。结果表明,在相同存活率下,表面粗糙度与平板的对数疲劳寿命呈二次曲线关系。     

缺口应力集中对40Cr钢高周疲劳性能的影响

用超声疲劳试验方法测定了40Cr钢光滑试样和缺口试样在105-1010周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线,研究了缺口应力集中对疲劳性能的影响。结果表明:两种试样的S-N曲线呈现连续下降特征;缺口应力集中对材料疲劳性能的影响表现出阶段性特征,存在一个临界疲劳断裂循环数Nc,当疲劳断裂周次NfNc,Kf随Nf的增加而减小。在107以上超高周范围内,Kf和疲劳缺口敏感系数g与Nf具有线性关系。     

TC4板孔冷挤压强化残余应力分布与疲劳寿命

开展了不同挤压量下TC4钛合金板孔冷挤压强化有限元仿真研究,得到了挤压强化后最小截面的切向残余应力分布规律,分析了挤压量对受载试样孔边应力分布的影响,探讨了挤压量、残余应力和疲劳增益三者之间的内在关系。采用开缝衬套冷挤压强化工艺对TC4带孔板件进行冷挤压和疲劳验证试验。研究结果表明,挤压强化后的孔边切向压缩残余应力可以有效降低孔周应力集中程度,优化受拉试样最小截面应力分布,改变裂纹源的位置并延长疲劳裂纹的萌生和扩展寿命,有效提高试样疲劳寿命。综合仿真和疲劳试验得到TC4板孔最优挤压量为4%。     

冲击值与金属材料其他力学性能关系的研究

通过试验研究与理论分析,确定缺口应力集中系数,找出缺口应力集中系数和应力强化系数之间的关系;通过40CrMnSiMoA数字化冲击试验数据分析结果,找出冲击值与材料缺口敏感性的关系、冲击裂纹形成功与疲劳裂纹形成寿命之间的关系;从而得出结论:对于高强度和超高强度材料,冲击功值对缺口试样疲劳裂纹形成寿命影响更大,且冲击功值较高的材料比冲击功值较低的材料在等应力条件下疲劳寿命长。     

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。     

激光磨抛复合强化对15CrMnMoVA钢孔结构疲劳性能的影响研究

对15CrMnMoVA钢试件孔结构采用了坐标磨、数控磨抛和激光磨抛复合强化等不同工艺进行加工,分析其表面完整性特征,并对试件进行对称循环加速疲劳寿命试验。结果表明,试件孔结构的疲劳破坏机制为微动疲劳,增加孔的倒角尺寸会导致疲劳寿命降低;与传统的坐标磨工艺相比,数控磨抛工艺可以提高疲劳极限5%,而激光强化与数控磨抛复合工艺可以提高疲劳极限20%;激光强化能形成较深的残余压应力强化层,数控磨抛后残余压应力层仍然深达0.5 mm;数控磨抛可以提高孔的形状精度至0.009 mm,并进一步将孔壁抛光至镜面(表面粗糙度为Ra 0.018μm);激光磨抛复合强化工艺显著提高了孔结构的疲劳性能。     

高干涉量压合衬套强化铝合金孔结构的疲劳性能

分别采用高干涉量压合衬套单侧挤压强化和两侧挤压强化两种工艺对7050铝合金孔结构进行强化,研究孔结构的残余应力和疲劳性能,并采用梯形累积法由疲劳断口定量反推出疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命。结果表明:孔结构中形成深度达12mm的残余压应力场,单侧挤压强化试样挤入端的残余应力显著低于挤出端的,两侧挤压强化试样挤入端和挤出端的残余应力相当;单侧挤压强化试样和两侧挤压强化试样的平均疲劳寿命比未挤压强化试样的分别提高了770%和1 500%,高干涉量压合衬套强化技术具有显著的疲劳强化效果,且双侧挤压强化的效果更好;高干涉量压合衬套强化技术可同时提高孔结构的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,且萌生寿命提高的幅度更大。     

基于CAD/CAE计算铆钉连接件疲劳寿命

介绍了航空器铆接结构件模型建立及参数选取情况.采用SOLIDWORKS和COSMOS软件,计算出铆钉孔的应力集中系数Kt.然后,应用诺伯法和应力功恒等法计算出连接件的疲劳寿命.最后结果显示:采用CAD/CAE技术可以简化计算过程;通过对Kt值的修正,可以提高计算疲劳寿命的精度.     

钛合金耳片结构复合强化工艺参数匹配研究

为了提高航空耳片结构疲劳性能,建立TC4钛合金耳片孔开缝衬套冷挤压与干涉配合复合强化有限元模型,分析了复合强化工艺参数对孔周塑性变形及结构疲劳寿命的影响。设计耳片孔周残余应力测试试验,验证了模型的准确性。复合强化工艺参数的研究结果表明:孔壁材料随芯棒的塑性流动使孔壁变形量在厚度方向上分布不均,弹塑性边界随挤压量的增长向耳片外侧转移;交变载荷下应力幅值的最大值始终位于孔壁处,且入口处应力水平最高;针对TC4钛合金耳片结构,3%挤压量与1%干涉量的复合强化工艺参数组合,疲劳寿命增益效果最好。     

孔挤压强化对7A85铝合金锻件组织和疲劳性能的影响

采用孔挤压方法对含孔的7A85铝合金锻件进行了强化,对比分析了孔挤压前后试样的疲劳寿命;通过扫描电镜、透射电镜以及X射线应力仪等研究了挤压前后试样的疲劳断口形貌、显微组织变化以及孔表层的残余应力场。结果表明:采用5.3%的挤压过盈量可达到最佳强化效果,其疲劳寿命是挤压强化前的11倍;孔挤压强化后,试样在强化层处产生位错缠结及残余压应力,可有效延缓疲劳裂纹的扩展,从而提高试样的疲劳寿命,压应力层深度约为4.7 mm,最大残余压应力出现在距孔边约1 mm处,其值为-319 MPa。     

冷挤压强化机理与松弛原因浅析

由材料微观组织的变化入手，对冷挤压强化的机理与松驰原因进行了分析。挤压孔壁附近材料晶粒被拉长并碎化是其提高疲劳寿命的原因；挤压对材料疲劳行为的影响包括增强效应和损伤效应两个方面，当挤压水平较低时，增强效应占主导地位，反之，损伤效应占主导地位。     

GZL铝合金疲劳特性研究

对一种新型高能耗铝合金ＧＺＬ光滑试样和缺口试样（应力集中系数ασ＝２）的疲劳性能进行了较详细的研究，使用了一种新方法处理成组法试验中不断的试验点，对铸态、热处理态的疲劳性能进行了讨论，给出关于微观组织对疲劳性能的影响机制，给出热处理态的缺口敏性系数。     

中碳钢在低应力超长寿命范围内的疲劳性能

用20kHz超声疲劳试验技术测试40Cr钢、50车轴钢在105～1010周次范围内的疲劳性能.结果表明,两种钢并不存在传统意义上的所谓"疲劳极限".在超过107周次,甚至109周次的超长寿命范围内仍发生低应力疲劳断裂,其中40Cr钢的S-N曲线呈现"连续下降型"特征;50车轴钢呈现"阶梯下降型"特征.对两种钢缺口试样的疲劳性能测试表明,缺口应力集中对疲劳性能的影响呈现"阶段性特征",在106～107周次内存在一个临界疲劳断裂循环周次Nc当疲劳断裂循环数Nf＜Nc随Nf的增加,缺口应力集中对疲劳性能的影响程度呈上升趋势;当疲劳断裂循环数Nf＞Nc,随Nf的增加,缺口应力集中对疲劳性能的影响程度呈逐渐下降的趋势.     

孔冷挤压强化疲劳增寿技术研究

研究了紧固件孔冷挤压强化技术,分析了其疲劳增益原理,并通过试验对比了开缝衬套挤压和芯棒挤压的疲劳寿命增益效果,结果显示采用开缝衬套挤压强化后,含孔结构件疲劳寿命显著提高。