[表面强化及损伤机理]硌伤形貌对车轮材料滚动接触疲劳特性的影响

采用重力摆锤在车轮试样表面冲击出不同形貌的硌伤坑,基于改进后的MMS-2A 型微机控制摩擦磨损试验平台,研究了未硌伤车轮以及两种硌伤形貌车轮的滚动接触疲劳特性。结合ABAQUS仿真分析的车轮硌伤后残余应力分布情况,探讨了硌伤坑附近裂纹的萌生及扩展机制。结果表明：与未硌伤车轮相比,车轮硌伤处次表层材料沿踏面垂直方向上出现的残余拉应力有助于促进裂纹的萌生和扩展。相同冲击能下,球形硌伤坑附近裂纹长度和角度均大于道砟形硌伤坑附近裂纹长度和角度。球形硌伤坑边缘次表层裂纹的裂纹面较宽,并沿着45°的扩展角度向内部扩展。     

Predicting Material Performance in Rolling Contact Fatigue via Torsional Fatigue

Abstract

Evaluating new materials for rolling element bearings (REBs) is an expensive, time-consuming, and difficult process. This work presents a continuum damage mechanics (CDM)-based finite element model (FEM) that incorporates gradual material degradation under cyclic loading and discrete material representation to predict rolling contact fatigue (RCF) failure. The fully reversed orthogonal shear stress was considered the critical stress for the CDM RCF modeling. Torsional fatigue results available from the open literature were used to determine the critical parameters for CDM FEM. In contrast to previous modeling approaches, in this investigation the CDM material parameters were considered probabilistic in nature to represent variations in material strength or resistance to fatigue. This modification to the modeling procedure resulted in RCF life predictions that capture life scatter characteristic of the RCF phenomena for REBs. Based on the model results, a fatigue life equation was developed to corroborate the Lundberg and Palmgren (LP) theory. The results obtained from the predictive life equation generated from the CDM-based FEM using material parameters obtained from torsional fatigue results are in good agreement with the LP model.     

滚动轴承疲劳破坏机理和疲劳寿命模型综述

延长轴承疲劳寿命,尤其是滚动轴承的接触疲劳寿命.一直是轴承工作者十分重视的研究课题.本文概括了滚动轴承接触疲劳破坏机理的主要形式和形成原因,总结了不同阶段的滚动轴承接触疲劳寿命计算公式,分析了不同滚动轴承接触疲劳寿命模型的区别.介绍了表面涂层的摩擦学性能在滚动轴承中的应用.     

钢轨滚动接触疲劳研究

介绍了滚动接触疲劳裂纹的萌生及扩展的形成机理、钢轨滚动接触疲劳的破坏分类、影响因素,从钢轨新材料的开发、轮轨接触几何型面的优化和铁路工况的改善等几个方面提出了减缓钢轨滚动接触疲劳的措施。     

滚动接触疲劳试验机的研究现状

滚动接触疲劳试验机主要用于研究材料在模拟工况条件下的接触疲劳性能。本文就国内外已经实际应用的滚动接触疲劳试验机的现状及接触疲劳试验基本工作原理加以介绍,并就滚动接触疲劳试验机的发展方向作了探讨。     

水润滑条件下转速对车轮钢滚动接触疲劳和磨损性能的影响

为探究水润滑条件下转速对车轮钢滚动接触疲劳和磨损性能的影响,利用滚动接触摩擦磨损试验测试不同转速下车轮试样的剥离寿命、摩擦因数和磨损率,并结合磨损形貌和裂纹扩展形貌观察,对比分析不同转速下摩擦磨损和剥离寿命的影响因素。结果表明:随转速提高,车轮材料氧化程度加剧,导致摩擦因数逐渐增加;当转速由250 r/min增至500 r/min时,摩擦因数增幅较小,应变速率增加导致磨损率下降,当转速由500 r/min增至1000 r/min时,摩擦因数急剧增加,导致材料磨损率增加;随转速提高,剖面塑性流动层厚度、裂纹扩展角度、裂纹分叉深度和最大扩展深度均呈现减小趋势。转速增加带来的摩擦因数的增加,一方面缩短裂纹萌生寿命,另一方面减小了裂纹发生向上转折的深度,最终导致滚动接触疲劳寿命随转速的增加而减小。     

轴承用球三点接触纯滚动接触疲劳寿命试验机

介绍了一种新型的轴承用球三点接触式纯滚动疲劳寿命试验机。试验机主要包括驱动装置、从动装置和加载装置3部分,附加装置中的热电偶、加速度传感器和计数器分别测量温度、振动和转动圈数。被测试样球仅在同一最大圆截面上受到3次非等间隔但等强度的循环接触载荷作用,并沿此圆周作纯滚动,试样球的最大转速为23 000 r/min,最大赫兹接触应力可达7 GPa。该试验机可用于评定各种材料轴承用球的滚动接触疲劳性能。     

弯矩作用下钢轨滚动疲劳裂纹扩展行为研究

在JD-1轮轨模拟试验机上,通过设计模拟小轮的结构,对钢轨试样在弯矩作用下的裂纹扩展行为进行研究.试验结果表明:裂纹一般在应力集中处萌生,当裂纹扩展到一定程度后容易产生变向甚至分叉;在其他参数相同的情况下,预制裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展有较大影响,预制裂纹较宽时裂纹扩展速率明显加快.     

润滑油添加剂对陶瓷球接触疲劳的影响

利用自制的球-棒疲劳试验机研究了4种润滑油添加剂对Si3N4与GCr15钢摩擦副接触疲劳性能的影响，并借助于扫描电镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDAX)分析了Si3N4陶瓷球表面疲劳成因及不同添加剂的抗疲劳机理。结果表明，4种添加剂都不同程度地提高了Si3N4陶瓷球的接触疲劳寿命，其中以极压抗磨剂效果较好；点蚀剥落是Si3N4陶瓷球的主要失效形式；添加剂抗疲劳的主要原因是在钢表面形成反应膜，在陶瓷球表面形成转移膜，降低了滑动摩擦力。     

基于Matlab计算滚动轴承滚滑接触内部应力分布

滚动轴承服役过程中,因滚滑现象和残余应力的存在,使赫兹接触应力不能反映材料真实的受力状态,应力分布与实验现象存在一定的偏差,因此滚滑接触下材料的内部应力计算显得尤为重要。研究一种快速、简单的材料滚滑接触内部应力的计算方法,以替代耗时长的有限元法。以现有公式为基础,通过Matlab编程计算滚滑接触下材料内部的应力场;对比不同摩擦因数下2D、3D滚滑接触内部应力场的差别。结果表明:摩擦因数越大,最大剪切应力越大,位置越接近表面,与滚动方向的夹角越小;切向摩擦力使接触点两侧最大正交切应力大小及位置发生变化;随着摩擦因数增大,一侧应力值上升,位置靠近表面,另一侧反之。提出的计算方法简单、方便,其结果为解析解,便于与残余应力或其他应力结合求出真实应力场。通过实例分析发现,真实应力场能够更好地解释实验现象,对于轴承材料组织演变的研究有重要意义。