直齿轮弯曲疲劳裂纹的扩展行为预测与分析

以渐开线圆柱齿轮为研究对象,在其齿根部存在初始裂纹的前提下,研究齿根疲劳裂纹扩展特性及其寿命;将齿轮啮合过程的动力学计算等效为多个啮合位置的静力分析,得到不同位置的应力强度因子;根据线弹性断裂力学,将裂纹扩展过程线性等效,以K判据分析裂纹是否发生扩展,根据Paris准则计算裂纹扩展量,采用最大周向应力准则确定裂纹扩展角度,得到整个计算周期的应力强度因子、疲劳裂纹扩展路径及疲劳寿命;采用高频试验台对齿轮进行疲劳试验,得到齿轮的疲劳扩展路径,与有限元计算结果进行对比验证;最后分别分析了初始裂纹的尺度、位置和载荷的不同对疲劳裂纹的扩展及疲劳寿命的影响。     

硬齿面齿轮齿根裂纹扩展特性与剩余寿命研究

为了研究齿根裂纹对硬齿面齿轮疲劳寿命的影响,以某渐开线硬齿面齿轮为研究对象,基于断裂力学方法和疲劳裂纹扩展理论,分析研究了齿轮齿根疲劳裂纹扩展机制;建立了考虑载荷大小、初始裂纹大小以及初始裂纹位置等因素影响的硬齿面齿轮齿根裂纹扩展剩余寿命分析模型,研究了齿根裂纹不同扩展阶段的应力强度因子演变规律与裂纹扩展机制;根据某渐开线硬齿面齿轮副弯曲疲劳试验数据,对所建计算模型进行了分析与验证,证明了模型的准确性。结果表明,与Ⅱ型裂纹、Ⅲ型裂纹相比,Ⅰ型裂纹应力强度因子最大,从齿面到裂纹深度方向,其值逐渐减小;随载荷、裂纹长度、裂纹宽度以及初始裂纹距齿宽中心位置的距离等因素的增大,裂纹扩展剩余寿命都随之减小。     

含双裂纹齿轮副轮齿裂纹扩展寿命分析

裂纹扩展是齿轮传动的主要故障,而且裂纹所处位置对裂纹扩展行为作用明显。为探讨齿轮副轮齿裂纹位置与裂纹扩展寿命的关系,提出几种相邻轮齿含分度圆裂纹和齿根裂纹的双裂纹齿轮副模型,基于ABAQUS建立齿轮副的三齿啮合有限元分析模型,分析不同载荷作用下分度圆裂纹和齿根裂纹尖端的主应力值和应力强度因子值;结合Pairs方程探讨分度圆裂纹扩展和齿根裂纹扩展寿命之间的关系。结果表明:齿轮副单齿啮合时的裂纹尖端应力比齿轮副双齿啮合时的裂纹尖端应力大,而且裂纹尖端的弯曲应力明显大于剪切应力;同一载荷同一裂纹深度时,齿根裂纹尖端的应力强度因子值大于分度圆裂纹尖端的应力强度因子值;相同加载时,含齿根裂纹齿轮的裂纹扩展寿命小于含分度圆裂纹齿轮的裂纹扩展寿命;裂纹扩展过程中,齿根裂纹深度和分度圆裂纹深度之比非定值,而且深度之比与载荷无关。     

基于疲劳试验与数值分析方法的齿根裂纹扩展规律及寿命预测研究

通过疲劳试验机对带有齿根裂纹故障的变位直齿轮进行疲劳试验,得到齿根裂纹扩展规律:齿根裂纹相对于齿根方向更易于沿着齿宽方向扩展,扩展速率呈现先慢后快的趋势。采用FRANC3D仿真模拟软件,对设置了相同初始裂纹的变位直齿轮齿根裂纹进行了自动扩展分析研究,确定了裂纹扩展方向及路径。通过对比,模拟结果与试验结果是相吻合的,表明构造的仿真模型得到了疲劳试验的验证,证明了结论的可靠性。通过对齿根裂纹扩展路径及方向的研究,可以为齿轮的设计和制造提供可靠依据。在此基础上,探讨了裂纹扩展寿命的相关问题。     

压裂泵曲轴的疲劳裂纹扩展研究

为研究曲轴疲劳裂纹及其寿命,使用ABAQUS和FRANC3D软件对曲轴裂纹进行引入及扩展分析,基于裂纹剩余寿命计算和初始裂纹形状比对,对应力强度因子进行研究。结果表明,当裂纹深度扩展至18.2 mm时,等效应力强度因子达到曲轴材料断裂韧性,裂纹产生至临界深度,剩余寿命为8.6×105次;在裂纹深度一定时,初始裂纹的表面长度越长,裂纹扩展寿命越短,初始裂纹表面长度越短,裂纹扩展寿命越长;裂纹初始角度越大,裂纹前缘最深处的应力强度因子越低;裂纹初始角度越大,裂纹扩展后得到的裂纹长度越短,裂纹扩展寿命越长。     

齿根过渡圆角半径对齿根裂纹扩展的影响规律研究

齿根过渡圆角对齿根应力有着重要影响,而齿根应力是齿根疲劳裂纹扩展的重要影响因素,因此,研究齿根过渡圆角半径对齿根裂纹扩展的影响十分必要。建立3种不同过渡圆角半径的直齿轮,假设齿根初始裂纹在相同位置,初始裂纹长度一致,基于ABAQUS软件研究齿根裂纹扩展规律。结果表明,不同过渡圆角半径下的齿根裂纹扩展总体趋势一致,但扩展前期过渡圆角半径越大,裂纹越向深入齿轮轮缘方向扩展,扩展后期过渡圆角半径越大,裂纹越往齿顶方向扩展。过渡圆角半径对齿轮临界裂纹长度影响较小。相同裂纹长度下,过渡圆角半径越大,裂纹尖端Mises应力越小,裂纹扩展速率越小,齿轮的裂纹剩余寿命越长。     

铸造起重机金属结构疲劳裂纹扩展分析

针对铸造起重机服役过程中金属结构安全性问题,提出从疲劳破坏的角度分析其裂纹扩展情况。以铸造起重机金属结构为研究对象,调研分析铸造起重机的工艺流程,结合金属结构理论和雨流计数法,得到一年内主梁危险点的两参数二维应力谱,根据线弹性断裂力学,应用Paris公式对裂纹扩展情况进行预测,根据疲劳裂纹扩展尺寸进行预测相对应的疲劳剩余寿命。以此为基础,通过Msc.Fatigue仿真软件模拟裂纹扩展增长趋势,从而预测焊接箱形梁结构的疲劳剩余寿命。以100/40t-28.5m四梁偏轨铸造起重机焊接箱形梁结构为例,其理论计算结果与仿真结果的相对误差为1.44%。结果表明:通过理论与仿真相结合的方式可较为准确的分析疲劳裂纹扩展情形,确保了疲劳剩余寿命计算结果的精确性。     

焊接残余应力对钛合金T型接头疲劳寿命的影响

为探究残余应力对于T型接头疲劳寿命作用的机理,基于热弹塑性有限元理论,模拟了T型接头的焊接过程,并对残余应力场进行了分析。采用线弹性断裂力学和扩展有限元的方法,建立了T型接头的有限元模型,并分析了焊接残余应力对于其裂纹扩展及疲劳寿命的影响,结果表明：残余拉应力的存在会加速疲劳裂纹的扩展,焊接残余应力的存在使T型接头的疲劳寿命降低约9%,在工程应用中应考虑残余应力的影响。     

齿轮弯曲疲劳强度与寿命及计算机辅助计算

齿轮因工作环境不同而失效形式也复杂多变。针对齿轮齿根疲劳断裂这一最主要的失效方式理论及预测进行研究,重点分析了直圆柱齿轮的弯曲疲劳强度、疲劳寿命、疲劳裂纹萌生和扩展的理论及计算。在此基础上通过计算机辅助计算,分析证实了理论计算的科学性和与实际情况的一致性。研究齿轮的疲劳强度和疲劳寿命在工业应用上有重要的意义和价值,疲劳试验成本较高,使用此理论计算方法对疲劳寿命和裂纹扩展进行模拟为实际应用和工业生产提供了重要参考。     

含裂纹压力容器混合变量下疲劳剩余寿命分析

对含有初始裂纹的压力容器进行剩余寿命分析是一项重要的工作。针对压力容器结构参数、材料参数、缺陷尺寸等同时含有概率参变量和非概率参变量的实际情况,提出用疲劳寿命分析的概率和非概率混合模型进行分析,得到一定置信度下裂纹扩展剩余寿命的下限值,从而对部分变量统计数据不足的问题做出偏于保守的寿命估计。结合某型舰用含裂纹锅炉联箱,进行了实例分析,得到了置信度0.9下裂纹扩展剩余寿命的下限值,验证了该方法的工程适用性。