低法向载荷点接触的微动疲劳寿命研究
发布时间：2017-03-22 01:08
本文关键词：低法向载荷点接触的微动疲劳寿命研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：零部件之间的接触在机械结构中普遍存在。承受交变载荷时,接触区域的零部件会出现微动疲劳失效。在航空工业和核工业中,微动疲劳是造成关键零部件失效的原因之一。当前的结构设计大多以强度分析为核心,往往忽视了零件间接触引起的微动疲劳失效。对于核电设备、飞行器中的核心部件的设计,通常需考虑各种可能的失效因素。目前在这些设备的设计工作中,已开始考虑微动疲劳对设备寿命的影响。因此对各类接触形式的微动疲劳寿命研究是十分必要的。本文以微动桥加载的结构为研究对象,在Hertz接触理论的基础上,通过有限元计算和压痕实验,研究了低法向载荷点接触状态下微动疲劳中的压痕形成规律,以及压痕对微动疲劳寿命的影响。本文的主要工作和成果如下:1.开展了低法向载荷点接触的压痕实验。针对微动桥加载结构,采用有限元分析方法,探索了低法向载荷点接触的压痕形成规律。获得了法向载荷PN、试样半径R1、微动桥脚半径R2等参数,与压痕深度d、压痕根部曲率半径ρ的关系。获得了交变载荷作用下的压痕尺寸变化规律。得到了压痕几何尺寸和应力集中系数的关系。2.采用Mises等效应力作为表征参数,分析了低法向载荷作用下,接触区域节点的等效应力—时间历程。讨论了接触区域中点和接触边缘点,在微动条件下疲劳损伤的竞争关系。分析结果表明,微动疲劳寿命是接触应力循环和轴向拉应力循环决定的。在此基础上,提出了微动疲劳寿命的预测方法,经与实验结果的对比,该预测方法是偏安全的。
【关键词】：微动疲劳 有限元 应力集中 点接触 压痕尺寸 寿命预测
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH114
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-9
- 第1章 绪论9-19
- 1.1 研究背景及意义9
- 1.2 微动疲劳的研究历程9-10
- 1.3 微动疲劳研究进展10-17
- 1.3.1 法向载荷对微动疲劳寿命的影响10-11
- 1.3.2 微动疲劳的实验模型11-12
- 1.3.3 有限元法在微动疲劳研究中的应用12
- 1.3.4 点接触形式的微动疲劳研究12-14
- 1.3.5 微动疲劳的裂纹萌生预测14-17
- 1.4 本文的研究内容17-19
- 第2章 接触力学分析及有限元模拟19-30
- 2.1 Hertz接触理论19-21
- 2.2 接触问题的有限元分析21-25
- 2.2.1 有限元法求解接触问题21-22
- 2.2.2 有限元模型的建立22-25
- 2.3 有限元模型的验证25-29
- 2.3.1 Hertz理论计算25-27
- 2.3.2 有限元计算27-28
- 2.3.3 Hertz理论计算和有限元计算的结果对比28-29
- 2.4 本章小结29-30
- 第3章 点接触压痕实验及有限元计算结果评价30-42
- 3.1 实验原理及步骤30-34
- 3.1.1 实验原理30-31
- 3.1.2 实验方案31-34
- 3.2 残余压痕尺寸的有限元计算34-35
- 3.3 实验结果与计算结果的对比35-40
- 3.4 本章小结40-42
- 第4章 接触压痕尺寸计算及损伤评价42-63
- 4.1 压痕尺寸的数值计算42-56
- 4.1.1 初始接触压痕尺寸的计算43-54
- 4.1.2 交变载荷作用下接触压痕的尺寸变化54-56
- 4.2 压痕尺寸与应力集中系数的关系56-61
- 4.3 本章小结61-63
- 第5章 微动疲劳的等效应力—时间历程分析及寿命预测63-84
- 5.1 寿命预测参数的选取63-64
- 5.2 等效应力—时间历程的计算及分析64-75
- 5.2.1 等效应力—时间历程的计算64-68
- 5.2.2 接触区域等效应力—时间历程的分析68-70
- 5.2.3 接触区域疲劳损伤竞争关系的讨论及危险点位置的判断70-71
- 5.2.4 危险点的等效应力—时间历程分析71-75
- 5.3 微动疲劳寿命的预测75-82
- 5.3.1 Manson-Coffin方程的介绍75-76
- 5.3.2 微动疲劳的寿命预测方法76-79
- 5.3.3 微动疲劳寿命的计算79-80
- 5.3.4 预测寿命与实验寿命的对比80-82
- 5.4 本章小结82-84
- 第6章 总结与展望84-87
- 6.1 结论84-85
- 6.2 展望85-87
- 符号说明87-89
- 附录89-90
- 参考文献90-93
- 致谢93-94
- 攻读学位期间参加的科研项目和成果94
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