微动接触应力的有限元分析

以方足微动桥,试样接触几何条件为研究对象,应用ANSYS有限元分析软件对其接触面上的应力分布进行弹性有限元分析,验证用ANSYS所建计算模型的正确性,分别计算不同名义接触压力和不同摩擦因数条件下接触状态（粘着区、滑动区、张开区）和接触面应力分布,选取不同水平的循环载荷进行计算,研究接触状态和应力分布随循环载荷的变化情况。结果表明,微动疲劳过程中接触表面拉应力与剪应力在接触面的粘,滑交界区存在突变,微动疲劳裂纹正是在这一区域内萌生并扩展,计算结果与实验结果吻合很好。     

发动机连杆衬套微动特性分析

针对某型发动机连杆衬套和连杆小头过盈配合引起的微动现象,应用有限元对连杆小头组件爆压时刻的接触过程进行仿真分析;选取过盈量和摩擦因数为试验因子建立正交模拟试验方案,得到过盈量和摩擦因数对连杆衬套微动特性影响规律。结果表明,随过盈量的增大,连杆衬套接触压力增大,摩擦应力减小;随摩擦因数的增大,连杆衬套接触压力先增大后减小,摩擦应力增大;连杆衬套和连杆小头接触面间摩擦因数对连杆衬套微动特性影响显著。     

基于有限元分析的裂纹比拟法估算微动疲劳寿命

采用Ansys有限元软件对方足微动桥/平面试样接触状态进行分析,确定试样微动接触面上应力场分布和接触面三区(黏着区、滑移区、张开区)分布特征,分析接触面上接触状态随外加交变载荷的变化规律,在此基础上改进微动疲劳(fretting fatigue,FF)寿命估算的裂纹比拟法(crack analogue method,CAM)。选取不同水平的循环载荷及不同名义接触压力对Ti811钛合金试样在350℃下进行微动疲劳试验,验证改进裂纹比拟法(modified crack analogue method,MCAM)的准确性。结果表明,微动疲劳中接触面压应力与剪应力在黏/滑交界区存在突变,张应力幅在滑移/张开分界处达到最大值,裂纹易在此萌生并扩展。改进的裂纹比拟法估算值与实验结果取得良好的一致性。     

柴油机连杆衬套微动特性研究

针对某型柴油机连杆小头和衬套过盈配合引起的微动现象,建立了连杆小头-衬套-活塞销三体接触的有限元模型,应用有限元法求解计算得到了不同参数下衬套的等效应力和变形变化规律。结合接触力学理论,分析了连杆摆角、过盈量和摩擦因数等不同参数对衬套微动特性的影响规律。分析结果表明,随着过盈量的加大,衬套的摩擦应力、接触压力和摩擦功不断的增大,而微动幅值呈不断减小的趋势。随着摩擦因数的降低,衬套的接触压力变化较小,摩擦应力和摩擦功不断减小,而微动幅值呈不断增大的趋势。应适当增大过盈量并减小衬套的摩擦因数来减缓微动磨损。     

疲劳载荷和表面力学特性对微动疲劳裂纹萌生位置的影响

采用数值分析的方法研究了单构件螺栓铆接铝板在不同接触表面摩擦因数和疲劳载荷的情况下铝板上表面接触区内边缘 (孔边) 和外边缘的应力场特性,分析了摩擦因数和疲劳载荷对微动疲劳裂纹萌生位置的影响.结果表明,微动疲劳裂纹的理论分析结果与试验实测是吻合的.增加摩擦因数和疲劳载荷幅值时都会使裂纹的萌生由90°区域向45°区域移动.     

过盈配合微动损伤的关键参数

微动损伤广泛存在于各类工程机械和结构之中,接触压力、滑移幅值以及摩擦剪切力是微动损伤的重要参数.过盈连接部件在旋转弯曲载荷下,易于在接触区域产生微动损伤,降低构件的使用寿命.以过盈微动疲劳试验中的试样为研究对象,在有限元软件ABAQUS中建立接触模型,充分考虑高应力梯度区和接触对网格划分的要求,同时在远离接触区域划分粗糙网格,减少计算机时.通过分布加载和改变相关参数的方法,分析套管长度、套管厚度、摩擦因数以及过盈量对接触压力、摩擦剪切力等影响规律.结果表明,轴套过盈配合承受弯曲载荷下,接触压力和摩擦剪切力沿轴向分布不均匀,随着各参数的变化而明显变化,摩擦因数、套管厚度和套管长度对接触边缘的应力奇异性有较大影响,摩擦因数显著地影响了滑移区域的大小.     

采用Mindlin理论预测分析滚动微动疲劳裂纹萌生

针对滚动柱面过盈配合面的滚动微动失效形式,建立了预测微动裂纹萌生位置的控制模型,该模型应用控制参数W,综合考虑了接触面上的拉应力、剪切应力、摩擦系数、分布区域等主要裂纹萌生影响参数,对微动裂纹的萌生位置进行了预测。应用该预测模型对实际失效轴承裂纹萌生位置进行了预测,并与实际轴承失效的微观特征进行了对比,验证了预测模型的正确性。     

压装轴微动疲劳主裂纹萌生位置的分析

为研究压装轴微动疲劳主裂纹的萌生位置,进行由锁紧环、压装垫环和压装轴试样组成的过盈配合结构的旋转弯曲加载条件下的微动疲劳试验,观察不同名义弯曲应力对应的试样的主裂纹萌生位置,发现主裂纹位于比张开区更深的接触内部。针对试验加载条件,采用有限元软件ANSYS,进行弹性有限元仿真分析,运用Ruiz法预测不同名义弯曲应力下试样的主裂纹萌生位置,并将Ruiz法的预测结果与疲劳试验的测量结果进行比较。结果表明,随着名义弯曲应力的增加,预测误差大幅度的增加。研究发现,接触边缘处发生的接触面张开现象是引起预测误差的主要原因;基于Ruiz法预测压装轴微动疲劳裂纹萌生位置时,需要考虑在接触边缘处接触面张开区宽度的影响,特别是对于名义弯曲应力与接触压力的比值较大的压装工况。     

接触面应力强度对微动裂纹萌生特性的影响

根据微动接触副的几何结构和接触状态,以柱面桥脚微动桥与平面试样接触为研究对象,基于ANSYS软件建立其微动疲劳损伤有限元模型,分析应力强度和应力强度幅度对微动裂纹萌生特性的影响规律,采用SWT临界面法预测微裂纹萌生位置并与试验结果进行比较。结果表明:柱面桥脚微动桥与平面试样接触副在接触区存在应力集中,最大应力强度幅度出现在微动桥脚外侧接触区,在轴向应力作用下,此处的应变量最大,易于裂纹的萌生;SWT临界面法预测裂纹萌生位置与最大应力强度幅度所在位置一致,并与试验结果吻合。     

圆锥面过盈配合微动损伤的机理研究

微动损伤广泛存在于工程中,它将降低构件的疲劳强度,减小构件的使用寿命。以承受弯曲旋转载荷的轴/套装配体为研究对象,建立圆锥面过盈配合的有限元模型,分析不同摩擦系数、过盈量、配合锥度对过盈配合的应力分布和接触状态的影响,讨论接触状态和应力分布随参数的变化规律,从而揭示微动损伤的机理。结果表明:过盈面的接触应力和摩擦切应力分布不均匀,接触应力沿轴线方向形成两端大中间小的变化规律;随着摩擦系数、过盈量、锥度的增加,摩擦切应力增大,接触面的磨损区域减小。