空心轴与实心轴过盈配合结构微动磨损与疲劳的仿真分析

为了分析空心轴与实心轴过盈配合结构微动磨损与疲劳行为的差异,建立了两种过盈配合结构的微动磨损-微动疲劳联合仿真模型。该联合仿真模型基于Archard磨损方程和有限元软件ABAQUS的自适应网格技术实现了循环微动磨损的仿真,基于线性累积损伤理论和修正的SWT临界平面法实现了微动疲劳寿命预测。分析结果表明：空心轴的微动磨损比实心轴严重,微动磨损显著降低了过盈配合边缘附近的应力集中,同时在配合内部引起了新的应力集中,并导致微动裂纹萌生位置出现在配合内部。受到微动磨损的影响,空心轴的微动疲劳寿命仅约为实心轴的40%,但两种结构的微动裂纹萌生位置几乎一致。     

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。     

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。     

发动机链条的微动接触有限元分析

为分析外链板和销轴接触面的过盈量与摩擦因数对配合表面微动磨损的影响,应用Ansys有限元软件对其接触面应力进行有限元分析,分别计算不同过盈量和不同摩擦因数下,接触面上可能最先发生微裂纹的接触线上的接触状态(黏着区、滑移区和张开区)和应力分布情况.结果表明,接触线上拉应力与剪应力在接触线的黏滑交界点处都达到极大值,使得微动裂纹更易于在此处萌生与扩展;通过改变接触面摩擦因数与过盈量,可以对黏滑交界点的位置(微动裂纹萌生扩展的位置)进行调整.     

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。     

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.     

悬索桥主缆平行钢丝动态接触与滑移机理研究

为揭示悬索桥主缆钢丝动态接触与滑移机理,运用自制钢丝动态接触与滑移试验台开展单摩擦周期中平行钢丝间动态接触与滑移试验,通过高速度数码显微系统原位观测、扫描电子显微镜、能谱仪和有限元仿真揭示了平行钢丝间动态接触和滑移特性(横向滑移、纵向变形、接触状态、摩擦力、摩擦因数、应力分布)及磨损机理(磨痕形貌和元素分布)及其受到横向和纵向接触位置、循环周次、滑移幅值和接触载荷的影响规律.结果 表明:在单摩擦周期中,钢丝间动态接触状态均为黏着-完全滑移-黏着-完全滑移,钢丝横向滑移和摩擦力均呈增加-稳定-减小-稳定-增加的变化趋势,上、下钢丝纵向变形总体呈相反变化趋势.固定的下钢丝沿上钢丝运行方向的横向位置及与接触面距离增大方向的纵向位置的横向滑移和纵向变形均降低.循环周次增加导致下钢丝的横向滑移和纵向变形均增加,摩擦因数呈增加-减小-增加-稳定变化趋势,磨损机理包括黏着磨损、磨粒磨损、挤压磨损、疲劳磨损.滑移幅值和接触载荷的增加均导致冲程第2阶段下钢丝横向变形均值增大,分别导致上、下钢丝纵向变形波动幅值增大、纵向变形差异性变化,摩擦因数分别增大和降低,磨损机理包括黏着磨损、挤压磨损、疲劳磨损和磨粒磨损.     

轮毂突悬量对轮轴过盈配合结构微动疲劳强度的影响研究

基于ABAQUS建立轮轴过盈配合结构有限元模型,分析摩擦剪切应力、滑移幅值、配合面张开区宽度和过渡圆弧最大主应力等参数随轮毂突悬量的变化,进而研究突悬量对轮轴过盈配合结构疲劳强度的影响规律.结果表明:轮轴配合面的摩擦剪切应力随突悬量的增加而增大,过盈配合部位接触边缘的滑移幅值随突悬量的增加而减小.随着突悬量的变化,过盈...     

AZ91D镁合金微动磨损特性研究

采用液压高精度材料试验机考察了平面一球面接触的AZ91D镁合金摩擦副的微动磨损行为，分析了位移幅值、法向载荷和频率等参数对摩擦因数和磨损体积的影响，考察了不同实验条件下的磨斑形貌，并探讨了其磨损机理。结果表明：AZ91D镁合金的微动区域可分为部分滑移区、混合区和滑移区3个区域，粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损分别是3个区域的主要磨损机制；磨损体积随着位移幅值和法向载荷的增加而增大，但却随着频率的增大而减小。在微动部分滑移区和混合区，摩擦因数随着位移增大迅速增加；在微动滑移区，摩擦因数随法向载荷的增大而减小，而位移幅值和频率对摩擦因数的影响较小。     

TiAlZr合金微动磨损性能研究

采用高精度液压式微动磨损试验机研究了TiA lZr合金在不同微动运行区域的微动磨损行为,建立了其运行工况微动图。试验结果表明:滑移区、混合区和部分滑移区的摩擦因数随循环次数变化呈现不同的规律,其中部分滑移区摩擦因数较低,磨损体积随着位移幅值的增大而增大;滑移区、混合区磨损体积随着法向载荷的增加而增大,而部分滑移区磨损体积随着法向载荷的增加而减小;滑移区磨屑堆积于中心区域,磨损以磨粒磨损和剥层机制为主;混合区磨损机制主要表现为粘着磨损与磨粒磨损并存;部分滑移区磨损轻微。     

预紧力对压气机叶轮切向微动特性的影响

针对叶轮轴肩与轴向螺母预紧装配方式下存在切向微动,应用有限元法建立了叶轮轴~轴肩~螺母预紧配合接触模型,通过计算结果分析了预紧力对接触面间接触压力、摩擦应力、滑移距离、摩擦功等微动关键参数的影响规律。研究结果表明,增加预紧力主要表现为切向接触面上的接触压力增大,而滑移距离会有所降低,滑移区会随着预紧力的增加而减小。研究结果可为压气机叶轮装配设计提供一定的参考依据。     

钛合金球与骨水泥界面之间的微动磨损机制研究

采用钛合金球与自制骨水泥试样以球/平面接触方式,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展干摩擦和25%小牛血清介质中切向微动磨损试验研究,考察钛合金球与骨水泥界面之间的微动运行特性,并采用S-3000N型扫描电镜观察磨痕形貌来分析其微动磨损机制。结果表明:随着微动振幅的增加,微动运行由部分滑移区向混合区转变。随着接触载荷的增加,试样接触面之间更容易发生黏着。与干摩擦相比,在小牛血清溶液中部分滑移区向较大振幅区扩展。部分滑移区摩擦因数值较低且保持稳定,混合区的摩擦因数先增大后保持不变。稳定摩擦因数随着接触载荷的增加而减小,随微动振幅增大而增大。骨水泥试样的磨损量在小牛血清介质中比在空气中大,并且随接触载荷增大而增大。骨水泥在小牛血清介质中微动磨损的损伤机制主要为黏着磨损和疲劳磨损,溶液分子在应力作用下对骨水泥基体有削弱作用。     

车辆轴轮过盈配合接触应力分析

应用有限元软件ANSYS建立某机车轮轴配合结构,采用扩展拉格朗日乘子法对轮轴过盈配合进行非线性接触分析,获得轮轴配合后应力分布规律。通过比较分析实心轴和不同空心轴时轮轴的应力分布,说明增大空心轴内孔直径能在降低材料损耗、减小结构重量的情况下,有效避免轮轴配合表面和轮毂腹板的应力集中,但在包含腹板的轮轴配合部分轴孔处却出现较大应力,为轮轴配合参数优化提供参考。     

镀银铜材料在大电流条件下的载流微动磨损特性

利用化学电镀方法在T2紫铜管表面镀银制备镀银铜试样,采用自主研制的切向微动磨损试验设备在圆柱/圆柱的正交点接触模式下进行室温载流切向微动磨损试验,探究了镀银铜试样在5 A电流以及不同法向载荷(5,10,15 N)和位移幅值(30,50,70,100μm)下的载流微动磨损行为及其磨损机制。结果表明：随着位移幅值的增加,镀银铜试样的载流微动磨损程度加剧,随着循环次数的增加,不同位移幅值下的摩擦因数整体呈先减小后增大最后趋于稳定的趋势,而接触电阻呈相反趋势,不同位移幅值下稳定阶段的摩擦因数相差不大;随着载荷的增加,载流微动磨损程度先变大后变小,当载荷为10 N时,磨损程度最大,此时有效接触面积较大,接触电阻较低;随着载荷的增加,稳定阶段的摩擦因数增大。镀银铜试样在磨损初期的磨损机制主要黏着磨损和氧化磨损,在磨损后期主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层,且随着循环次数的增加,氧化磨损程度加剧。     

人股骨皮质骨轴面微动摩擦磨损特性研究

采用高精密微动试验台外加体液恒温循环装置,在一定法向载荷和不同位移幅值条件下,研究了天然活性人股骨皮质骨对纯钛的微动摩擦磨损行为。试验结果显示：随位移幅值的增加,股骨皮质骨的微动运行状态从部分滑移向完全滑移状态转变,详细讨论了不同位移幅值下摩擦因数随循环次数的演变规律。微观观察表明：接触表面处于部分滑移状态时损伤轻微,而在完全滑移状态下磨损较严重。人股骨皮质骨的磨损机理主要表现为磨粒磨损和微骨折导致的剥层剥落。微动磨痕的深度随位移幅值的增加而增加,而且磨痕深度与摩擦因数有很好的对应关系。研究认为控制植入体/骨界面的微动幅度有利于提高皮质骨抗微动损伤的能力。     

过盈连接结构微动滑移矢量计算方法

过盈连接结构受力后接触表面会产生小幅的相对滑移幅值,当其处于一定范围之间时,微动疲劳寿命缩短。针对一种设计的行星架过盈连接结构,为了评价该结构过盈连接处设计的合理性,借助Workbench有限元分析软件分析过盈配合处微动滑移幅值情况。考虑到从Workbench无法直接获得指定方向和某个加载步的滑移幅值,提出一种提取滑移矢量的方法,分析指定方向和加载步的滑移幅值。结果表明,在加载阶段,后端过盈接触区域微动滑移幅值处于临界值范围内,微动疲劳寿命较短,分析结果可为结构设计改进提供参考。     

LZ50车轴钢转动微动摩擦学特性研究

在新型转动微动磨损试验机上,进行LZ50车轴钢/GCr15钢在法向载荷为10N、转动角位移幅值为0.125°～0.5°的转动微动磨损试验。在摩擦动力学行为分析的基础上,结合磨痕的微观分析,研究材料的转动微动磨损机理。结果表明,LZ50车轴钢的微动运行区域仅呈现部分滑移区和滑移区,未观察到混合区。滑移区的摩擦因数明显高于部分滑移区;摩擦因数随着转动角位移幅值的增加而增大。车轴钢在部分滑移区损伤轻微,磨痕呈环状;而在滑移区,接触中心呈现材料塑性流动累积造成"隆起"特征,LZ50钢的转动微动磨损机制主要为磨粒磨损、剥层和氧化磨损。     

AZ31B镁合金在不同温度下的微动磨损行为

采用球/平面接触方式在自制的试验设备上对AZ31B镁合金进行切向微动磨损试验,研究了AZ31B镁合金在20,100,200,300℃下的微动磨损行为,并分析了其磨损机制和摩擦氧化作用。结果表明:在不同试验温度下,镁合金的微动主要通过滑移来实现;随着试验温度的升高,上升阶段时的摩擦因数增大,摩擦因数到达峰值和稳定阶段所需的循环次数减小;随着试验温度的升高,AZ31B镁合金的磨损体积和摩擦副的总磨损体积均先减小后增大,200℃时,AZ31B镁合金的磨损体积最小;在微动磨损过程中,AZ31B镁合金磨痕表面的摩擦氧化起主导作用;当试验温度低于200℃时,AZ31B镁合金磨痕表面形成了铁的氧化物转移膜,磨损体积随试验温度的升高而减小,但在300℃时,铁的氧化物转移膜被破坏,磨损体积增大。     

位移幅值对ZG230-450铸钢微动磨损行为的影响

在不同位移幅值(60～140μm)下对ZG230-450铸钢进行微动磨损试验,研究了位移幅值对摩擦因数、磨损体积和磨损机制的影响.结果表明:随着位移幅值增大,铸钢的微动磨损行为由混合滑移转变为完全滑移,耗散能逐渐增大;混合滑移状态下,摩擦因数经过上升阶段后就迅速进入稳定阶段,而完全滑移状态下的摩擦因数经历了上升阶段、波...     

销轴孔过盈配合的弹簧质子模型研究

针对销轴与孔配合出现的失效情况,建立了销轴孔过盈配合的弹簧质子模型,分析弹簧质子模型的受力特征,得到其运动方程。通过对弹簧质子模型的运动分析,得出如下结论:当销轴与孔之间的过盈量一定时,外载荷较小,销轴与孔的接触界面不发生分离,可以延长结构的疲劳寿命;外载荷较大,将使销轴和孔接触界面发生分离,引起接触界面的微动磨损,导致结构寿命下降。