钢轨滚动接触疲劳研究

介绍了滚动接触疲劳裂纹的萌生及扩展的形成机理、钢轨滚动接触疲劳的破坏分类、影响因素,从钢轨新材料的开发、轮轨接触几何型面的优化和铁路工况的改善等几个方面提出了减缓钢轨滚动接触疲劳的措施。     

随机风载下齿轮副接触疲劳裂纹萌生寿命研究

对随机风场进行了模拟,得到了正常发电工况下主轴扭矩的时间历程;建立了齿轮副的三维有限元模型,计算了在静态载荷下齿轮副的应力应变。采用随机载荷雨流计数法对齿轮载荷进行雨流计数,并对结果进行了统计学分析,得到应力均值符合三参数威布尔分布。研究了服从三参数威布尔分布的分布参数对齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明采用随机载荷相对于采用载荷均值齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命疲劳寿命下降,形状参数增大齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命增大,尺度参数和位置参数增大齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命减小。     

高温疲劳短裂纹萌生与扩展的实验研究

对2．25Cr-1Mo合金钢进行高温疲劳表面短裂纹的观测试验，采用中断试验和复膜方法观测短裂纹萌生扩展的演化过程，研究短裂纹数密度和平均长度随循环次数及载荷条件的变化特征。结果表明，高温疲劳损伤是由晶界孔洞开始的，晶界孔洞相互联结合体形成细观组织短裂纹；短裂纹在接近应力轴垂直方向的晶界上随机萌生和扩展；在寿命前期和中期疲劳损伤以裂纹萌生为主要形式，寿命后期由于裂纹数目增多，裂纹间合体效果增强，促使主裂纹迅速形成和长大，从而导致最终的疲劳失效；加载应变范围越大或温度越高，裂纹萌生和扩展越快，寿命越短。     

考虑残余应力的螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法研究

考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力,建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场,提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法。构建齿轮有限元接触分析模型,计算多轴交变接触应力场。考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性,将变曲率齿面离散为网状节点;测量各节点表面与次表面的残余应力,建立齿面残余应力场。基于Dang Van多轴疲劳准则,构建齿面裂纹萌生模型;计及残余应力与裂纹闭合效应,构建齿面裂纹扩展模型。计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命,研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律。结果发现：复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布,中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20%;复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力,残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命;齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10%,表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂。上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值。     

疲劳裂纹萌生尺寸的定义及其确定方法

以缺口件为研究对象，根据疲劳非扩展裂纹的性质，给出裂纹萌生尺寸的定义，提出疲劳裂纹萌生尺寸的确定方法，从损伤角度解释其萌生尺寸的物理意义，最后用局部应力应变法估算形成寿命，验证其合理性。     

挤压粉末冶金轴承钢的滚动接触疲劳寿命

本文介绍在经挤压和热处理的、由车加工切屑重熔的用氮气雾化成粉末制成的挤压粉末冶金轴承钢的机构性能、韧性及滚动接触疲劳寿命。其机械性能和韧性可与精炼轴承钢相匹敌。其滚动接触疲劳寿命取决于奥氏体化的温度，该温度范围在７９０℃－８７０℃之间。挤压粉末冶金轴承钢与精炼钢相比，在两种状态下均显著出稍高的硬度和更高的接触疲劳寿命，分别为Ｌ１０＝８０．７与５５．２百万载荷循环；而精炼钢只有Ｌ１０＝３１．８百万载     

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。     

一种计算疲劳裂纹萌生寿命的数值方法

基于连续损伤力学理论,根据概述疲劳发展的损伤演变过程,得出了疲劳裂纹萌生寿命的数值计算方法,该方法将疲劳裂纹萌生寿命分为损伤发生前的寿命和损伤演变时的寿命两部分计算,并能给出裂纹萌生长度的计算值。以ＬＹ１２铝合金作为分析对象,用该方法与断裂力学结合计算出的疲劳寿命与实验值相吻合。     

高速工具钢的超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为

为了研究高速工具钢超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为,使用沙漏形状试样在室温空气环境下进行旋转弯曲的疲劳试验。结果表明,材料的S-N曲线均由表面裂纹萌生型和内部裂纹萌生型组成。表面裂纹萌生型的S-N曲线位于高应力幅短寿命区,内部裂纹萌生型的S-N曲线位于低应力幅长寿命区。前者的S-N曲线向后者的转移几乎是连续的,回火温度对疲劳强度和寿命没有明显的影响。分别使用扫描电子显微镜、扫描探针显微镜和电子探针X射线微区分析仪对内部裂纹萌生位置和材料组织进行对比观察,在萌生内部裂纹的夹杂物周围存在一个颗粒区域,该区域内凸起的颗粒是组织中的球形碳化物。颗粒区是在内部裂纹扩展的应力强度因子门槛值范围以下形成的,对超长寿命疲劳起着重要的作用。     

钢丝微动磨损过程中的接触力学问题研究

钢丝间的微动磨损以及由此引起的钢丝的疲劳断裂是提升钢丝绳失效的主要原因之一.以6×19点接触式提升钢丝绳为研究对象,将钢丝绳中钢丝的微动损伤过程进行实验室模型化,在自制的钢丝微动磨损试验机上进行钢丝试样的微动磨损实验,考察接触载荷和微动时间变化对钢丝试样磨损深度的影响.结果表明,钢丝试样的微动磨损深度随着接触载荷和微动时间的增加而呈增长趋势,但由于接触面积和接触应力在微动磨损过程中随着接触载荷和微动时间的变化而变化,使磨损深度在不同磨损工况下增长趋势不同.建立的钢丝接触有限元模型表明,接触区中心的最大接触应力随着接触载荷的增加而增大,随着嵌入深度的加深而减小.其结果验证了试验过程中接触面积和接触应力对磨损深度的影响关系.     

300M钢冲击疲劳裂纹起始的超载效应

本文研究了超载对300M超高强度钢冲击疲劳裂纹起始寿命的影响。结果表明,在一定范围内,拉伸超载可以延长冲击疲劳裂纹起始寿命;超载造成的残余应力是引起该钢超载效应的主要机制而超载造成的材料性能变化对超载效应的贡献不大;超载后冲击疲劳裂纹起始寿命Ni与缺口根部残余应变εR之间的关系可表示为：NI=N0·exp（λεR）。     

估算谱载下疲劳裂纹起始寿命的工程实用方法

从工程应用的角度,将众多估算谱载下疲劳裂纹起始寿命的方法分为三类.对仅依赖于等幅试验且不含任何待定参数的工程实用方法作系统介绍.利用两种钢材在三种谱载下的15组变幅疲劳试验数据对这类方法的寿命预测能力进行实际评估.指出,修正Miner法则、改进均方根法和等效折算法的平均寿命预测精度落在试验分散带内或者接近于试验分散带,且其分散性不大,均可用于工程实际,其中又以等效折算法的寿命预测精度为最高.     

循环加载下金属薄膜的裂纹萌生行为及其微观机制的研究

金属薄膜广泛应用于大规模集成电路及微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)设备中,循环加载下薄膜的可靠性至关重要.本研究在聚合物基体上制备不同厚度的铜薄膜.研究它们在循环加载下的疲劳裂纹萌生行为及其机制.实验结果表明,薄膜厚度影响薄膜的循环应变局部化和裂纹萌生行为.随薄膜厚度的减小,裂纹萌生从厚薄膜中的挤出诱发的疲劳开裂方式逐步转向较薄薄膜中的界面诱发的疲劳开裂方式.由于基体的约束,位错结构随薄膜厚度的变化是疲劳开裂行为变化的原因.     

双轴加载下缺口疲劳裂纹萌生位置的研究

对航空材料LY12CZ进行多种比例和非比例加载试验.分别采用弹性力学方法及弹塑性有限元方法对多轴加载下缺口试件缺口孔边应力应变进行分析,探讨疲劳裂纹萌生位置与孔边应力、应变的关系.试验与分析结果对照表明,各试验载荷情况下最大剪应力幅及最大剪应变幅的分布与孔边疲劳裂纹分布符合最好.     

ANALYSIS OF INITIAL CONTACT AND TOOL FRACTURE IN THE MILLING PROCESS

This paper presents an analysis of the entry process and tool fracture in the milling operation. Equations representing different types of initial contacts are derived. Experimental and theoretical results reveal that the direction of the cutting force and the initial location on the rake face determine the entry fracture in milling cutters.     

ANALYSIS OF INITIAL CONTACT AND TOOL FRACTURE IN THE MILLING PROCESS

Abstract

This paper presents an analysis of the entry process and tool fracture in the milling operation. Equations representing different types of initial contacts are derived. Experimental and theoretical results reveal that the direction of the cutting force and the initial location on the rake face determine the entry fracture in milling cutters.     

转速波动条件下圆柱滚子轴承动态特性分析

滚动轴承动态特性的研究目前主要集中在稳定工况,但转速波动存在于许多旋转机械设备中,将对滚动轴承的动态性能产生重要影响。以圆柱滚子轴承NU306为研究对象,建立了圆柱滚子轴承的塑性材料柔性接触的非线性动态有限元模型,采用显式动力学LS-DYNA对其在三种不同转速波动形式(矩形波动、正弦波动和随机波动)下的非线性运行过程进行了动态仿真,获得了圆柱滚子轴承在转速波动工况下的保持架角速度曲线和打滑率曲线,以及滚子与内圈、保持架的接触力曲线。将稳定工况下圆柱滚子轴承的有限元解与其解析解进行对比,验证了所建立有限元模型的有效性。结果表明:内圈转速的角加速度越大,保持架角速度曲线和打滑率曲线波动越剧烈且严重时可能产生负打滑率;转速波动主要通过改变承载区滚子与保持架间的接触力来影响保持架的稳定性,并且转速波动可能会加大承载区范围,使单个滚子承载力峰值减小。     

压力容器焊缝咬边疲劳裂纹的启裂寿命

针对某企业空气球罐焊缝咬边在压力波动时的受力情况,首先建立带咬边结构的受力模型,利用西田正孝的图表方法和有限元法分别计算咬边引起的弹性应力集中系数,然后计算出咬边尖端的名义应力,进而利用小缺口启裂寿命经验估算式估算咬边的疲劳裂纹启裂寿命。再采用与实物等厚度、与真实咬边等尺寸的模拟试样,进行与实际结构等应力范围条件下的模拟疲劳试验。结果表明,试验寿命与根据经验估算式得到的估算寿命非常接近,从而为咬边疲劳裂纹启裂寿命研究提供了理论依据和试验数据。在考虑一定的安全系数后,对所分析的球罐给出的剩余总寿命为9年,至启裂的剩余寿命为6年。