滚动轴承接触疲劳裂纹建模与扩展规律研究

针对滚动轴承的疲劳剥落损伤演化问题,采用扩展有限元方法研究疲劳裂纹扩展机理,通过算例验证了扩展有限元方法的可靠性。运用断裂力学理论建立了包含次表面初始裂纹的滚动接触疲劳扩展有限元模型,分析了初始裂纹倾斜角度、所处深度和初始裂纹长度对次表面裂纹生长到表面的扩展路径影响机制,通过分析应力强度因子变化研究了裂纹扩展机理。研究结果表明,次表面疲劳裂纹以滑开型裂纹扩展模式为主;初始裂纹角度对疲劳裂纹扩展路径影响较大,初始裂纹角度在15°～45°时裂纹会转向表面发展而形成疲劳剥落;初始裂纹尺寸和深度对裂纹扩展路径形貌的影响较小,但会影响裂纹扩展的难易程度。     

滚动轴承疲劳失效过程与寿命模型的研究

机械设备的发展对轴承的可靠度和寿命提出了越来越高的要求,针对点蚀和剥落的接触疲劳失效,从材料的微观结构、受载下的材料响应、疲劳裂纹萌生与扩展过程的模拟3个方面分析轴承疲劳失效。针对滚动轴承疲劳寿命的计算,介绍了L-P模型、C-T模型、I-H模型、ISO计算模型、Z-C-M模型、T模型、Z-P-P模型、S模型、高可靠度模型、计算模型和其他模型;最后提出应结合轴承零件的运动特性来研究滚动轴承的疲劳失效并进行疲劳寿命计算。     

滚动轴承疲劳寿命的影响因素

针对滚动轴承的麻点和剥落失效,研究了可靠度、温度、润滑剂和添加剂、表面粗糙度、材料、载荷分布、环向应力和界面滑动对滚动轴承疲劳寿命的影响。考虑多种失效模式的滚动轴承疲劳过程中,剪应力决定了裂纹的萌生,正应力决定了裂纹的扩展。综合研究各个影响因素之间的耦合作用,以期全面准确地计算滚动轴承的疲劳寿命。     

利用声发射技术监测低温环境下轴承钢的损伤

在轴承的重载接触区域经常出现疲劳损伤，深入了解疲劳损伤的起因和发展对于预测轴承零件的寿命具有重大意义。选择用声发射法监测低温下接触疲劳试验中的裂纹起源和扩展过程，通过分析试验中的声发射信号即可确定显微疲劳的起源和扩展过程。     

超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。     

轧机油膜轴承锥套接触疲劳损伤的机理分析

研究了油膜轴承锥套与辊颈接触表面在轧制载荷作用下发生微动疲劳损伤的力学机理。在分析油膜轴承油膜压力分布特征的基础上,采用有限元法给出了锥套与辊颈接触区边缘产生接触应力集中和微滑移的分布规律,阐明了弹性结合连接的锥套与辊颈接触表面产生微动疲劳损伤的原因。利用断裂力学裂纹尖端应力场与接触边缘区域应力局部渐近场的等效原则,给出了疲劳裂纹自点蚀处萌生与扩展的力学条件。上述结果为锥套和辊颈的实际损伤状态及模拟试验所验证。     

滚动接触疲劳裂纹的扩展与载荷分布之间的关系

为了了解滚动轴承中的接触疲劳现象，有必要对疲劳裂纹由萌生到出现剥落的扩展过程加以澄清。从1935年Way的研究起，对滚动接触疲劳的机理及其影响因素作了很多研究，但这些研究对疲劳裂纹的扩展过程重视不够，这是因为以前没有有效的方法来确定疲劳裂纹的萌生和扩展，直到最近才有所突破。     

大型收尘风机滚动轴承故障诊断

大型收尘风机滚动轴承故障诊断株洲冶炼厂高兴滚动轴承是旋转机械的重要部件。轴承在长期的承载过程中，由于交变载荷的作用，接触表面易产生疲劳、裂纹、剥落，甚至造成元件断裂等故障，从而影响机器的正常运转。为了迅速、准确地诊断出轴承故障，通过多方法实践，我们选...     

离心轮内部疲劳裂纹扩展及其无损定量表征

为研究某离心轮内部疲劳裂纹扩展及其无损定量表征,开展了高速低循环旋转疲劳试验以及多种无损检测定量表征、断口分析、疲劳裂纹扩展仿真对比研究.研究结果表明:疲劳裂纹到达表面后,疲劳裂纹处于非稳定扩展阶段;20000～21700循环间,区间疲劳裂纹扩展速率仿真值与无损表征值接近;21700～21789循环间,区间疲劳裂纹扩展...     

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.     

低碳钢Q345多尺度疲劳断裂行为研究

为了解决钢结构疲劳断裂问题,该文基于应力等效原理引入了材料内部微、细观缺陷的影响,利用有限元软件ABAQUS模拟了含损伤的低碳钢Q345多尺度疲劳裂纹扩展过程,研究了裂纹尖端场分布及其疲劳断裂行为。研究表明,材料内部微、细观缺陷引起的损伤对宏观裂纹尖端塑性区分布、尖端应力强度因子和J积分均具有较大影响,裂纹达到一定长度后,影响更为显著,且会较为明显地加速宏观裂纹扩展。     

钢铁用耐水（WTF）轴承的开发

分析了过去的试验数据和实际使用中失效的轴承,并提出了再现渗水润滑条件下轴承疲劳寿命的试验方法,从而能够清楚地观察到轴承的剥落过程,并进一步研究材料参数对轴承寿命的影响。结果表明:渗水润滑条件下轴承失效起源于滚动接触表面的非金属夹杂物。疲劳裂纹的扩展最初是在晶界之间,然后穿晶,最终导致剥落。介绍了NSK开发的轧机用耐水(WTF)轴承。在渗水润滑条件下,它的寿命大约是传统轴承的3倍。     

轴承套圈强化研磨表面残余应力试验研究

结合疲劳裂纹扩展原理,分析残余压应力对材料表面的疲劳裂纹扩展速率的影响。采用电磁无心夹具对轴承套圈进行定位,利用新型轴承强化研磨机对轴承套圈表面进行加工,基于X射线衍射法测定轴承套圈加工后的表面残余应力。试验结果表明,强化研磨加工使轴承套圈表面的残余压应力增大,提高工件服役可靠性。     

钢铁用耐水(WTF®)轴承的开发

分析了过去的试验数据和实际使用中失效的轴承,并提出了再现渗水润滑条件下轴承疲劳寿命的试验方法,从而能够清楚地观察到轴承的剥落过程,并进一步研究材料参数对轴承寿命的影响.结果表明渗水润滑条件下轴承失效起源于滚动接触表面的非金属夹杂物.疲劳裂纹的扩展最初是在晶界之间,然后穿晶,最终导致剥落.介绍了NSK开发的轧机用耐水(WTF(R))轴承.在渗水润滑条件下,它的寿命大约是传统轴承的3倍.     

钢铁用耐水(WTF(R))轴承的开发

分析了过去的试验数据和实际使用中失效的轴承,并提出了再现渗水润滑条件下轴承疲劳寿命的试验方法,从而能够清楚地观察到轴承的剥落过程,并进一步研究材料参数对轴承寿命的影响.结果表明:渗水润滑条件下轴承失效起源于滚动接触表面的非金属夹杂物.疲劳裂纹的扩展最初是在晶界之间,然后穿晶,最终导致剥落.介绍了NSK开发的轧机用耐水(WTF(R))轴承.在渗水润滑条件下,它的寿命大约是传统轴承的3倍.     

滚动轴承零件表面应力分布对其寿命影响

运用ANSYS软件模拟了大尺寸滚动轴承滚道及滚子在接触过程中的应力分布情况,分析了圆锥滚子与轴承内圈和外圈对应力集中及应力分布的变化过程,分析了轴承滚子表面的压力分布对滚动轴承疲劳寿命的影响情况,并得出了现行的轴承标准中的大尺寸圆锥滚子轴承、滚动轴承套圈滚道及轴承滚子接触表面外圈滚道容易发生应力集中而产生边缘效应的结论,建议在结构设计上进一步优化。     

含夹杂物轴承钢中裂纹的萌生与扩展

针对轴承钢中夹杂物周围应力集中导致的疲劳剥落,建立了一种结合连续损伤力学的内聚力模型,用于模拟滚动接触循环加载下的裂纹萌生与扩展。基于内聚力模型的损伤起始准则和损伤演化规律,利用VUMAT子程序结合连续损伤力学构造了新的损伤演化方式,实现循环加载下的损伤累积,建立了基于内聚力模型的疲劳损伤累积失效模型,对含夹杂物模型的疲劳裂纹萌生与扩展进行了模拟,并研究了载荷条件和接触区摩擦因数对裂纹萌生与扩展以及疲劳寿命的影响。研究结果揭示了微观裂纹的萌生与扩展过程,为认识滚动接触疲劳提供了基础。     

基于红外热成像的镁合金疲劳裂纹扩展的研究

采用红外热成像技术监测疲劳裂纹扩展过程中试件表面温度的变化情况,对AZ31B镁合金板材室温下的疲劳裂纹扩展特征进行研究。分析疲劳裂纹尖端温升值与裂纹长度的对应关系,试件表面温度分布差异与裂纹扩展趋势的关系,探索镁合金材料疲劳裂纹扩展的规律。试验结果表明,疲劳裂纹扩展过程中,镁合金表面温度变化经过一个升温、降温的过程,在稳定扩展阶段,温度变化不大,在快速扩展阶段,温度呈明显上升趋势。三组试件最高温升值分别为A试件10.89℃、B试件15.19℃、C试件12.37℃。裂纹尖端及其附近组织观察发现,裂纹尖端发生转向,裂纹总体为穿晶断裂,并伴随少量沿晶断裂,在裂纹附近区域有少量塑性变形。疲劳试件表面的最高温度区域与材料的疲劳损伤机制相关,该区域对应材料的应力集中区,是疲劳微裂纹形成与扩展的部位,温度变化与试件的最终断面相吻合。     

非金属夹杂物对滚动接触疲劳裂纹萌生及扩展的影响

为提高机械设备结构部件的疲劳寿命,研究材料中非金属夹杂物对滚动接触疲劳的影响,综述了非金属夹杂物的类型、形状及尺度,分析了非金属夹杂物相对表面深度、应力集中与热膨胀系数对裂纹产生的影响。阐述了疲劳裂纹的扩展和疲劳失效,分别介绍了基于动态剪应力、Mises应力和裂纹尖端应力的裂纹扩展模型。介绍了疲劳剥落失效的有限元法和基于弹塑性力学的理论分析法,以及试验技术如磁场检测、超声波检测、声发射、X射线和辐射分层成像技术等,分析了这些方法的优缺点,最后,提出了需要进一步研究的问题,以期为滚动轴承的疲劳寿命预测与提高提供基础。     

TC4合金微动疲劳损伤研究

研究了TC4合金在柱面-平面接触务件下的微动疲劳行为，分析了其微动疲劳损伤机制。结果表明：在试验务件下，微动区边缘的损伤特征以粘着磨损为主，而微动区中部则以磨粒磨损和接触疲劳为主。疲劳裂纹易于在微动区．特别是在蚀坑处萌生和扩展。促使微动疲劳裂纹萌生的因素：一是法向应力和切向摩擦力引起的材料表层塑性变形，二是微动磨损破坏了材料的表面完整性，造成了缺口应力集中效应。