球墨铸铁的弯扭复合疲劳强度的研究

本文研究了机械制造中逐渐广泛应用的球墨铸铁QT60-2的复合疲劳抗力的基本规律,并与45钢（正火态）的复合疲劳抗力进行了对比,论证了球墨铸铁QT60-2代替45钢（正火态）作为轴类材料的合理性。     

拉/扭复合应力下脆性材料断裂的一般准则

根据脆性材料的正应力断裂准则，提出适用于在拉／扭复合应力下无机玻璃(包含陶瓷)等脆性材料的断裂准则，并利用文献中的试验结果对该准则进行了客观的校验。提出的拉／扭复合应力下结构陶瓷材料的断裂准则，既适用于脆性材料的光滑试件，也适用于具有不同应力集中系数的切口试件或结构件。此外．该准则具有简洁的形式，不合任何经验常数；更重要的是，可以根据抗拉和抗剪强度的概率分布，求得拉／扭复合应力下结构陶瓷材料带存活率的断裂准则。     

弯扭组合应力疲劳寿命估算法

本文介绍了在对30CrMnSiNi2A材料进行的对称循环弯曲、扭转、弯扭组合疲劳试验和非对称循环弯曲、扭转疲劳试验基础上,得出的一种非对称弯扭组合应力疲劳寿命估算法。     

弯扭耦合作用下缺口根部应力应变分析

对于单轴加载下缺口根部的应力应变,已有的理论方法能够取得很好的效果。但对于多轴加载情况,利用理论方法得到的结果并不理想。因此利用弹塑性有限元软件ANSYS计算缺口根部应力应变关系,确定危险点位置。计算过程中利用MPC单元实现弯扭耦合载荷的加载,该单元能够更好地模拟弯扭耦合加载情况,减小因加载条件引起的误差。根据计算结果对缺口根部应力应变进行分析,研究缺口深度对应力应变的影响,定量给出缺口深度与缺口根部应变分量的关系。     

基于扭振斜向贴片式应力型纵扭复合超声电机

设计了一种新型双转子应力型纵扭复合超声电机,并对该型电机的结构进行了设计; 提出了一种基于扭转振动斜向粘贴压电片方式,利用矩形压电陶瓷贴置在开有斜槽的圆形定子基体上的布局方案,用于激励出定子基体产生一阶扭转振动模态; 通过有限元软件计算出定子基体一阶扭振模态和定/转子整体的二阶纵振模态,并对两者模态的固有频率一致性进行设计。对设计的10 mm贴片式双转子应力型纵扭复合超声电机进行振动测试实验并选择其最佳的工作频率,实验结果验证该方案的可实施性。     

大力矩应力型纵扭复合超声电机

研究了一种双转子应力型纵扭复合型超声电机,对该电机进行了结构设计,提出了纵振压电陶瓷片全部放置在定子端面上的结构,同时深入分析了电机的工作机理。利用有限元分析软件ANSYS详细分析了影响定子1阶扭振模态和电机整体2阶纵振模态的结构参数,并提出了针对应力型纵扭复合超声电机的模态频率一致性的设计方法。对研制出的Φ20 mm双转子应力型纵扭复合超声电机样机进行了振动特性以及使用不同预压力弹簧时的负载特性实验研究,结果表明:电机的纵振特性与施加在转子上的预压力有关;使用非线性预压力弹簧时,电机输出负载特性较好,其中Φ20 mm样机的堵转力矩达到了1.28 N.m。     

单向应力时疲劳强度设计

在机械强度设计中,先以静强度确定出零件初步尺寸。在此基础上,对危险部位和截面(一般是在最高蜂值应力处)进行疲劳强度的校核计算。通常的疲劳强度判据为:计算所得安全系数 n 等于或大于其许用安全系数[n],即n≥[n]。此外,疲劳强度设计的另一内容是对该零部件进行寿命估算,使它满足使用期限的要求。因此这里主要介绍两方面的内容:一是安全系数的计算,一是疲劳寿命的估     

弯扭疲劳试验机的研制

简单的扭转疲劳、弯曲疲劳试验只是单一方向对试样施加动态载荷,不能反映出试件实际的工作状况。双向加载模式,可真实反映工件的疲劳失效形式。本文剖析弯扭疲劳试验机的结构原理、消除侧向力的方式,并阐述了其应用和发展前景。     

考虑平均剪应力效应的纯扭疲劳强度预测

针对高周疲劳损伤局部化,基于连续介质损伤力学,将临界域均布全寿命内禀损伤耗散作为等寿命条件,导出考虑平均剪应力效应的纯扭疲劳强度预测模型。新建预测模型揭示了纯扭疲劳强度与材料属性和平均剪应力的关联性,给出了该课题学术争议的合理解释。利用常见的三种不同金属材料的叠加平均剪应力纯扭疲劳实验数据,对比论证了新建预测模型与现有预测模型的差异。预测结果表明,新建预测模型预测精度明显优于现有模型。     

拉弯复合应力下表面裂纹疲劳扩展规律研究

拉弯复合应力状态广泛存在于压力容器接管及几何形状不连续的过渡区,容器的使用寿命往往取决于这些区域的抗疲劳强度。本文对拉弯复合应力下半椭圆表面裂纹疲劳扩展规律进行了实验研究,用等参拟协调三维有限元分析了拉弯复合应力下表面裂纹试件的应力强度因子计算方法。通过对40Mn2A中碳钢的实验研究证明了在拉弯复合应力下表面裂纹的疲劳扩展规律当c向的ΔK_c′=0.9ΔK_c时,a向和c向可用同一Paris公式来描述。     

基于弯扭组合模型的压缩机曲轴扭振分析

曲轴作为压缩机的关键部件,其扭转振动是引起压缩机共振故障的重要因素。针对大型往复式压缩机曲轴复杂的结构特点和曲轴扭转振动的实际情况,提出具有连续分布质量的等截面轴和弯曲梁相组合的曲轴扭振模型,以曲柄臂和等截面轴的扭转振动微分方程为基础,推导给出了计算曲轴扭振固有频率的状态方程。大型曲轴实例分析结果表明,此方法的计算精度优于传统的集中质量模型、阶梯轴模型,非常接近有限元结果,适合大型往复式压缩机轴系的快速设计计算。     

弯扭组合轴表面裂纹应力强度因子修正系数的光弹性确定

评价了将轴表面半椭圆裂纹简化为有限边界平板和单边裂纹问题和半无限体表面穿透直线裂纹问题来处理的局限性。通过三维光弹实验成功地测定了轴表面半椭圆裂纹前缘各点的应力强度因子ＳＩＦ，并根据几组弹数据回归出轴表面对ＳＩＦ的影响修正系数ＭＹ与裂纹相对深度α／Ｆ之间的关系曲线。     

某风洞动力轴系弯扭耦合的弯振特性研究

风洞动力轴系的运行品质对风洞的效率和性能有决定性的影响,随着轴系在役运行时间的增加,转动部分多数会有质量偏心现象出现,这使得轴系的扭转振动与弯曲振动的耦合作用明显增强.以某风洞动力轴系为研究对象,在已有耦合振动方程基础上,采用有限差分、New mark积分法求得动力响应,并将其模化为多支承分布质量模型,分析它在简谐衰减、非同期并列两种典型工况激励下的弯振特性.分析结果为研究某风洞动力轴系耦合振动中弯振特性的定量、定性分析提供了依据.     

扭压复合加载新工艺

扭压复合加载成形新工艺是在成形中沿坯料高度方向施加扭矩,将工件与工具间摩擦的有害作用转变为有益的作用,从而减少变形力,提高工件的组织性能。本文着重阐述了其理论基础、特点及工艺因素带来的影响。     

裂纹转子弯扭耦合振动瞬态分析

针对两端刚性支承的Jeffcott转子，导出了固定坐标系中裂纹轴的剐度矩阵，建立了裂纹转子的弯扭耦合振动非线性微分方程。通过数值仿真手段，着重分析了转子升速过程中弯振和扭振的瀑布图、Bode图以及加速度的影响。研究表明，升速过程中，弯振和扭振都出现了1／2阶和1／3阶亚谐共振现象，它们的1X，2X和3X分量共振峰对应转速下的相位角有180。的突变，且在除各分量峰值转速外的其他转速处（如ω0，1／2ω0和1／3ω0）相位角也有一定的波动。弯振响应分别在1／3ω0，1／2ω0，ω0，3／2ω0，2ω0和左右弯扭耦合区处出现共振峰值，而扭振响应则在ωt0和左右弯扭耦合区处出现峰值。有无裂纹情况下的弯振和扭振受加速度的影响大致相同，但在相同加速度下，裂纹转子较无裂纹转子的临界峰值更大，对应的临界转速则更小。     

风力机叶片的弯扭耦合振动分析

根据一般粘性阻尼叶片的弯扭耦合振动模型,利用有限差分方法对叶片的动力方程进行离散处理,得到了叶片的质量、阻尼和刚度矩阵。然后运用MATLAB振动工具箱对系统的弯扭耦合振动进行了仿真分析,求出四种不同类型叶片的六阶固有频率和振型,并与相关文献进行了比较分析。在建立叶片系统的线性定常状态空间方程的基础上,对叶片施加初始位移扰动,通过运用时间离散和MATLAB振动工具箱,得到叶片在弯扭方向的收敛、颤振和发散振动仿真曲线。论文的研究对风力机叶片的设计生产有一定的借鉴意义。     

少齿数齿轮的弯扭变形计算

齿数少于7的齿轮轴刚度较差,设计和传动中需要考虑其较大的弯曲和扭转变形。为获取少齿数齿轮轴弯扭变形的计算方法,建立了具有切向和径向变位的小齿轮的端面齿廓模型,得到了齿轮轴弯扭变形当量直径的计算公式。考虑到大螺旋角对齿轮轴弯扭变形的影响,借助有限元计算分析,分别得到了螺旋角对齿轮轴的弯曲和扭转扭变形影响系数。以齿轮轴当量直径、螺旋角影响系数为主要参数,实现了一定精度的少齿数齿轮轴弯扭变形的简化计算。     

变刚度曲轴弯扭耦合振动分析

曲轴作为压缩机的关键部件,其振动形式复杂且相互耦合。针对曲轴旋转时弯曲刚度不断变化的特性,给出了变刚度的曲轴振动模型,推导了弯扭耦合振动的非线性微分方程组并应用多尺度法求解。求解结果和曲轴实例分析表明,由于变刚度的影响,曲轴的弯曲、扭转振动发生更大振幅的耦合振动。相比定刚度解,变刚度曲轴的轴心轨迹波动、弯曲振动振幅明显增大。在扭转振动主共振时,弯曲振动也出现较大振幅,忽略变刚度因素,将造成较大的误差。     

相变应力及其改善焊接接头的疲劳强度

基于钢铁材料相变体积膨胀的原理,自行研制成功专用低相变点焊条,在自然冷却条件下焊缝金属依靠相变应力可以获得残余压缩应力。利用所研制的低相变点焊条和普通E5015焊条分别对几种典型的接头进行焊接,疲劳试验证明：在2×106循环次数下,前者的焊接接头疲劳强度比后者提高11%～58%。同时还证明焊接接头的应力集中和拘束度越大,疲劳强度的改善效果越加明显。本方法为改善焊接接头的疲劳强度提供了一条新的途径。     

疲劳强度有限寿命设计的等效应力法

本文根据线性累积损伤法则,分别以应力—寿命曲线和应变—寿命曲线为依据,推导出了适用于复杂载荷情况下的疲劳强度设计公式以及寿命估算公式,并编写了计算机程序,可直接应用于机械零件的有限寿命设计。