微动磨损对弹条II型扣件弹条断裂的影响分析

弹条是实现弹条II型扣件功能的主要元件,传统的疲劳分析方法主要从弹条的应力、应变入手,这并不能反映真实情况,因为弹条在工作中与其它构件接触面表面之间存在微小的相互移动,即微动．应用非线性接触理论,采用库仑摩擦模型模拟弹条与周围接触元件之间的摩擦接触情况,计算出弹条各点的剪切应力τ、相对位移δ及二者乘积τ·δ的值;并采用离散裂缝模型来模拟扣件裂纹的生成及扩展．理论分析表明,若微动磨损在弹条疲劳断裂过程中起主要作用,则断口处应位于弹条中τ·δ值最大的点附件．扣件疲劳试验表明,弹条断口处位于弹条尾部与轨距挡板接触处,处于τ及τ·δ最大的点之间且更靠近τ·δ值最大的点．弹条尾部与轨距挡板之间由于微动磨损产生裂纹,形成污染源,反复作用下,裂纹扩展,最终导致弹条断裂．试验证明了弹条微动磨损理论分析的正确性,为改进弹条设计,提高其疲劳寿命提供科学依据．     

Ⅱ型加载条件下疲劳裂纹扩展试验研究

对４种金属材料在Ⅱ型加载条件下的疲劳裂纹措施行为进行的试验研究表明：在Ⅱ型加载条件下，裂纹可能仍沿Ⅱ型方向继续扩展，亦可能发生支转变成Ｉ型甚至Ｉ＋Ⅱ型扩展，主要取决于材料本身的性质和它们的微观结构以及应力水平。当裂纹仍沿Ⅱ型方向扩展时，其扩展速率比相当应力水平的Ｉ型裂纹扩展速率要大得多。     

复合型裂纹扩展的有效应力准则

本文利用弹塑性理论中的有效应力概念,将裂纹体的复杂应力状态与单轴拉伸应力状态相联系,并且考虑到在金属材料中,裂纹扩展不可避免地伴随着裂纹尖端附近的局部塑性变形,裂纹总是沿最短路径穿过塑性区向弹性区扩展,因此,裂纹尖端弹塑性区边界至裂纹尖端的最短路径,将决定裂纹扩展方向。在此基础上,本文导出复合型裂纹扩展的有效应力准则。     

Ⅰ-Ⅱ型裂纹发展的剪应力准则研究

将Ⅰ-Ⅱ型裂纹表面的剪应力引入裂尖应力强度因子的计算,获得了含中心闭合裂纹在不同裂纹长度、倾角以及摩擦系数下裂纹尖端的应力强度因子值。引入等径向剪应力线τrθ这一概念,在预测裂纹发生临界扩展时提出以下两个假设：闭合裂纹将沿着等τrθ线上双剪应力和最小的方向扩展;裂纹尖端的应力强度因子KⅡ达到材料的临界值KⅡc,裂纹将开始扩展;建立了Ⅰ-Ⅱ型闭合裂纹的剪应力准则。利用所建立的断裂判据计算求得的临界起裂角鼠与各种经典复合型断裂准则计算裂纹起裂角的结果较为接近,将其应用于Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判定是安全的。     

准静态工况下斜齿轮裂纹扩展特性与寿命研究

齿轮的断齿行为通常由疲劳裂纹引起。为了研究齿根裂纹在齿轮传动过程中的扩展行为,基于线弹性断裂力学理论和有限元法,通过准静态工况下斜齿轮齿根裂纹的扩展轨迹,对裂纹扩展寿命进行了预测,并讨论载荷、裂纹初始角度、裂纹形状对初始裂纹应力强度因子的影响。结果表明：初始裂纹深度为0.2 mm,宽度为0.4 mm,沿齿宽方向扩展过程中达到一定长度时,裂纹开始沿齿顶方向扩展,直至裂纹扩展到失稳扩展阶段,预测裂纹扩展的循环寿命约为2.6×10⁶次;初始裂纹Ⅰ型应力强度因子与载荷成正比关系,而裂纹形状会改变沿齿厚和齿宽方向应力强度因子的扩展速率。     

扭动摩擦条件下软骨损伤行为研究

使用新型扭动摩擦磨损试验机,在林格溶液(Ringer's solution)条件下,对牛髋关节软骨/Ф28mmAl2O3摩擦副进行了扭动角位移幅值为0.5.～10.和法向载荷为5～50N的扭动摩擦磨损试验.在摩擦动力学行为分析的基础上,使用扫描电镜(SEM)、苏木素-伊红(HE)染色法对磨痕进行了观察,分析了软骨的磨损机理.结果表明,牛髋关节软骨在扭动磨擦条件下存在2种T-θ曲线,即椭圆和平行四边形,分别对应扭动摩擦的部分滑移和完全滑移状态.在扭动摩擦处于部分滑移状态时,牛髋关节软骨表面损伤轻微,主要损伤机理为表面褶皱.处于滑移状态时,沿半径方向,磨痕可依次分为粘着区、褶皱区、微裂纹区和剥落区,其主要损伤机制为表面裂纹与剥落.     

聚甲基丙烯酸甲酯的扭动微动摩擦学特性

在新型扭动微动试验机上,进行聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与Ф40 mm GCr15钢球在扭动角位移幅值为0.5°~10°和法向载荷为100N的扭动微动试验。在摩擦动力学行为研究的基础上,分析材料磨损机理。结果表明,PMMA存在有平行四边形和椭圆两种T-θ曲线;低扭转角时,T-θ曲线随着循环次数的增加从平行四边形向椭圆形发展;大扭转角时,T-θ曲线始终为平行四边形。PMMA的扭动微动磨痕沿半径方向,可依次分为粘着区、微裂纹区和剥落区。在低角位移幅值(θ≤2.5°)时,扭动微动损伤较轻微;随角位移幅值的增大,粘着区变小,损伤加重,表面出现纺锤状剥落坑自中心呈放射状分布,其尺寸随角度增大而变宽。对磨屑的GPC分析结果表明PMMA在扭动微动条件下分子量变小,PMMA扭动微动的磨损机理主要为剥落与表面裂纹。     

SiC/Cu复合材料磨损界面研究

采用非均相沉淀法制备了SiC／Cu包裹复合粉体,热压烧结制备SiC／Cu复合材料．以Si3N4球为摩擦副,在400℃条件下进行磨损实验．采用XRD、SEM分别对磨损前后材料的界面物相、磨损界面的形貌以及裂纹的扩展变化情况进行分析．结果表明：在该实验条件下,SiC／Cu复合材料界面的物相随着磨损的进行发生变化,Cu2O含量大大增加,同时出现CuO．随着循环荷载的增加,复合材料的内部产生了裂纹,裂纹的扩展是沿着SiC／Cu界面进行;而SiC颗粒的存在,使复合材料内部裂纹发生偏转,有利于提高材料的耐磨性．     

子母弹头螺开舱裂纹扩展机理研究

根据断裂力学基本原理,尝试建立了裂纹扩展方向与材料微观组织参数之间的关系模型,旨在指导头螺新成形工艺的制定,在满足头螺开舱性能的前提下,大幅度提高材料利用率.对现行头螺及其破片进行了宏微观分析,发现开舱是一个裂纹动态扩展过程,主扩展方向与材料流线一致.通过考虑裂纹尖端的塑性区以及对扩展模型进行等效处理,建立了头螺壳体裂纹扩展模型及理论判据,认为当裂纹尖端纵向位移小于流线间距离时,裂纹能够沿某一流线方向进行稳定贯穿.模型计算结果与静爆实验结果相吻合表明,建立的裂纹扩展模型基本合理,可用于指导头螺新成形工艺的制定.     

爆炸载荷下不同形状巷道围岩破坏规律模型试验研究

采用动态焦散线试验方法,探究爆炸荷载作用下不同形状巷道周边围岩的破坏规律。试验结果表明,爆破荷载对临近巷道的影响与其形状有显著关系。在爆炸应力波作用下,巷道迎爆侧破坏明显。巷道左侧形成一条起始于炮孔中心而终止于巷道左壁的贯穿裂纹,大致沿水平方向;直墙拱形巷道左下角和矩形巷道左上、左下角形成起始于炮孔且有向这些部位扩展趋势的新裂纹。绕射应力波作用下,仅有矩形巷道背爆侧右下角出现一条扩展裂纹。以上现象说明弧形断面对应力波的卸载作用明显大于平面的。系列焦散斑图像记录了裂纹扩展过程,焦散斑大小代表裂纹尖端能量大小,裂纹扩展的过程就是能量积聚和释放的过程。     

双辊铸轧不锈钢薄带开裂机制分析

采用金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对双辊铸轧304不锈钢薄带裂纹及组织特征进行了观察,并结合能谱仪（EDS）对微区成分和夹杂物进行了分析。结果表明,铸轧薄带上的裂纹在薄带表面凹痕处产生,并沿柱状晶晶界向内部扩展,终止于柱状晶与心部等轴晶交界处;在柱状晶区内存大量缩孔和夹杂,在铸轧机械应力和热应力的共同作用下,破坏了材料的连续性;铸轧裂纹断面存在氧化现象,说明铸轧裂纹在铸轧凝固的高温阶段生成。     

裂纹动态扩展的边界元模拟

采用时域边界元法对动态载荷作用下材料中裂纹的快速扩展过程进行数值模拟.计算中,裂纹动态扩展方向根据最大周向应力准则确定,扩展瞬时速度基于二分法迭代确定.在每个扩展时间步,通过在运动裂尖添加新的裂纹单元来模拟裂纹扩展.算例与实验及数值结果进行对比,验证了该方法的准确性.     

岩石断裂控制爆破的裂纹扩展

工程控制爆破,要研究岩石的定向断裂的裂纹扩展。本文在进行了动载荷作用下径向裂纹产生扩展过程的动光弹试验。对应力波的起裂作用,爆炸气体的扩裂作用进行了分析研究。文章指出,爆破岩石的应力历程及损伤累积是岩石破裂首要条件,而原裂纹存在条件影响裂纹扩展方向。探讨了爆破应力波作用下波激活裂纹数的分布规律和裂纹密度的表达式。     

爆炸荷载下岩体破裂影响因素研究

为研究岩体在爆炸荷载作用下裂纹扩展的影响因素,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件对砂岩爆破裂纹扩展机理进行数值模拟,并考察地应力、自由面和节理等因素对爆破裂纹扩展的影响。结果表明:爆生气体与应力波联合作用下的裂隙区半径是应力波单独作用下裂隙区半径的1.85倍,爆生气体的存在使破岩过程更为有效;当侧压系数不变时,随着初始应力的增加,裂隙区扩展半径减小;自由面产生的反射拉伸应力波导致平行于自由面的裂纹产生;自由面与节理平行或垂直对爆破裂纹的分布有很大影响。研究成果可为中硬岩的爆破开挖工程提供参考。     

GH169合金疲劳与蠕变裂纹萌生及扩展的微观动态物理过程研究

研究了镍基高温合金GH169的疲劳,疲劳蠕变复合作用下裂纹萌生、扩展的微观动态物理过程,结果表明,高温疲劳裂纹在滑移带与晶界相交处萌生,以晶内驻留滑移带处微裂纹连接方式扩展。疲劳蠕变复合作用下裂纹在垂直于应力轴方向的晶界处萌生,以晶界滑动方式扩展。疲劳蠕变复合作用使裂纹扩展方式由切变型转变为止应变型。晶粒大小对疲劳/蠕变复合作用下材料断裂寿命的影响远大于第二相的作用。晶粒越小,其断裂寿命越长。     

节理介质中爆炸裂纹扩展的细观行为研究

利用爆炸加载动焦散测试系统 ,进行了有机玻璃材料的透射式动焦散模型试验 ,对含人工节理的材料中爆生裂纹扩展的细观行为进行了研究 ,获得了爆生裂纹扩展穿过节理的一般规律 .试验表明 ,爆生裂纹穿过节理时 ,并不是直接沿原方向 ,而是偏离一段距离后继续扩展 ,爆生裂纹的扩展与切缝和节理的夹角以及炮孔与节理间的距离有直接关系 .对穿过节理前后爆生裂纹尖端应力强度因子的定量分析结果表明 ,由于节理的影响 ,应力强度因子存在 2个峰值点     

梳理机用齿条微动磨损与微动疲劳分析（下）

（接上期23页）4齿条微动疲劳损伤若干问题的讨论4．1齿条的微动量齿条的微动量（滑动振幅）,无论对齿条（滚筒）的疲劳磨损还是对齿条（滚筒）表面疲劳裂纹的萌生、扩展,都是一个重要参数。已有的实验研究表明,微动疲劳强度对滑动振幅的变化极为敏感。在一般情况下,滑动幅值增大,材料的微动疲劳强度会急剧减小。这可能是因为滑动幅值加大,在滑动表面引起的拉压应力变化增大的缘故。来更奥卡和海拉卡瓦经过大量的实验研究证明,产生疲劳裂纹所需外载引起的应力off有如下表达式式中W产生微动疲劳裂纹所需外载应力,Pa;河厂一一材料的…     

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能及断口特征研究

对84mm轨道客车用6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能以及断口特征进行试验研究。结果表明,搅拌摩擦焊接头疲劳循环次数随施加载荷减小而增加,当N=107时,疲劳极限值为110MPa,且疲劳断裂主要发生在前进侧热机械影响区。在预制缺口、相同载荷应力条件下,焊核区疲劳循环次数达7.4万次,断口表现为沿晶断裂,裂纹由疲劳源向四周扩展,晶粒细化提高了焊核区疲劳寿命;而前进侧热机械影响区疲劳循环次数最少为2.5万次,裂纹沿晶界向焊核区方向扩展,扩展方式为沿晶和穿晶混合断裂,晶粒发生弯曲变形以及第二相粒子剥离是接头ATMAZ疲劳性能下降的主要原因。     

高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用

工程结构经常受到变幅载荷的作用,施加的高载对结构中的疲劳裂纹扩展有明显影响,了解高载作用机理对于随机载荷谱下的裂纹扩展预测十分重要。基于塑性诱导裂纹闭合原理,运用弹塑性有限元法模拟疲劳裂纹扩展。阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理,计算获得等K基本载荷循环下的裂纹闭合特性和残余应力分布规律。重点分析在基本循环中插入单个拉伸超载、单个压缩超载和单个拉伸超载后紧跟单个压缩超载等情况下裂纹的张开、闭合应力及残余应力分布随裂纹扩展的变化规律。结果表明,超载在裂尖前方和裂纹尾迹区引起的压缩残余应力是导致裂纹闭合应力水平升高和裂纹扩展迟滞的重要原因。裂纹闭合效应在拉伸超载后瞬时减弱,但会随着裂纹扩展快速上升至超过正常水平;单纯的压缩超载对裂纹闭合的削弱可以忽略不计,但紧跟在拉伸超载之后的压缩超载将导致裂纹闭合效应减弱,削弱拉伸超载下的裂纹扩展迟滞效应。     

氧化锆增韧陶瓷的室温动态疲劳

用动态疲劳试验法研究了３Ｙ－ＴＺＰ和３Ｙ－ＴＺＰ／Ａｌ２Ｏ３（２０Ｗｔ％）陶瓷在空气中的室温动态疲劳，并讨论了疲劳慢裂纹扩展特性。另外利用动态疲劳数据对两种陶瓷的平均寿命进行了预测，两种陶瓷材料在室温下均存在慢裂纹扩展，主要是由空气中水蒸汽的应力腐蚀所造成的，且裂纹是沿晶界玻璃相扩展的，相变诱发的表面压应力和裂纹尖端的正应主为可提高疲劳抗力。在８００ＭＰａ应力作用下３Ｙ－ＴＺＰ和３Ｙ－ＴＺＰ／Ａｌ