摩擦状态对连接结构微动疲劳寿命的影响研究

发布时间：2017-03-27 17:07

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【摘要】：微动疲劳是连接构件的一种典型失效形式,提高其抗微动疲劳特性意义重大。目前的研究集中于表面处理工艺在材料表面引入的残余应力对微动疲劳寿命的影响,少有摩擦状态变化对微动疲劳寿命影响的研究,试验表明,微动疲劳过程中微动副摩擦状态会随着疲劳载荷循环数发生变化,因此,展开摩擦状态变化对微动疲劳寿命影响的研究有重要意义。本文主要的研究工作和研究结论如下:首先,提出了一种计及微动疲劳过程中摩擦状态变化的逐渐累积损伤疲劳寿命预测方法。该方法引入微动副摩擦系数随循环数的变化,将摩擦磨损引起接触区域应力应变的改变作为主要考量对象;利用该方法对光滑试验件进行微动疲劳寿命预测,预测结果试验寿命误差分散在2倍因子以内;与将摩擦系数视为定值0.5的LAM模型进行比对,本文提出的微动疲劳寿命预测方法将预测精度提高了23%。其次,研制了一种借助应变仪动态监测微动疲劳过程中微动副摩擦状态的试验装置。对试验装置进行标定并利用##45/45微动副进行论证性微动疲劳试验,结果表明,试验装置工作段变形量与所受载荷呈良好的线性关系,试验结果为典型的微动疲劳失效,方案可行。最后,针对TC11/TC11微动副开展了轴向载荷400MPa,法向载荷分别为65.45MPa(A)和40.0MPa(B)的微动疲劳摩擦状态监测试验。结果表明,微动副的摩擦系数随疲劳载荷循环数的增加呈现先升高随后稳定的趋势,A工况下摩擦系数稳定值为0.375,B工况下为0.62;摩擦系数变化阶段占总寿命的1/4~1/3,B工况下的微动疲劳寿命和A的相差无几。
【关键词】：摩擦状态 微动损伤 微动疲劳 损伤力学 连接结构 寿命预测
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH114
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 选题背景、目的和意义12
• 1.2 国内外研究现状12-21
• 1.2.1 微动疲劳摩擦状态的测量和研究13-16
• 1.2.2 微动疲劳寿命的提高方法16-18
• 1.2.3 微动疲劳寿命的预测方法18-21
• 1.3 本文的主要研究工作21-22
• 第二章 微动疲劳摩擦状态测量夹具设计及验证22-40
• 2.1 引言22
• 2.2 摩擦系数测量常用设备22-27
• 2.2.1 普通接触表面摩擦系数测量方法22-24
• 2.2.2 现有微动磨损摩擦状态测量手段24-26
• 2.2.3 微动副摩擦状态测量原理26-27
• 2.3 微动疲劳摩擦状态测量装置设计27-31
• 2.3.1 SDS-50标准单轴疲劳试验机27
• 2.3.2 摩擦状态测量夹具27-28
• 2.3.3 试验装置结构设计28-30
• 2.3.4 上端固定组件30-31
• 2.3.5 摩擦系数测量组件31
• 2.4 微动疲劳摩擦状态测量试验方法31-35
• 2.4.1 微动疲劳摩擦状态测量夹具标定32-33
• 2.4.2 微动副摩擦状态测量装置试验操作方法33-35
• 2.5 微动疲劳摩擦状态测量夹具验证35-39
• 2.5.1 试验件尺寸设计36
• 2.5.2 试验参数36
• 2.5.3 试验结果与讨论36-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 微动疲劳摩擦状态试验研究40-55
• 3.1 引言40
• 3.2 微动疲劳试验方案40-42
• 3.2.1 微动疲劳试验件及微动垫40-41
• 3.2.2 试验材料41-42
• 3.2.3 工况的确定42
• 3.3 试验测量夹具安装和对中定位方案42-45
• 3.4 TC11钛合金微动疲劳试验研究45-53
• 3.4.1 TC11微动副摩擦状态测量数据处理45-49
• 3.4.2 TC11微动疲劳试验结果及分析49-52
• 3.4.3 微动疲劳裂纹萌生位置52
• 3.4.4 微动区域磨损状况52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 微动疲劳寿命预测方法研究55-68
• 4.1 引言55
• 4.2 基于非线性疲劳损伤累积的微动疲劳寿命预测模型55-57
• 4.3 受摩擦状态影响的微动疲劳寿命预测方法研究57-63
• 4.3.1 摩擦状态的引入57-58
• 4.3.2 微动疲劳寿命预测方法58-59
• 4.3.3 微动疲劳寿命预测流程59-60
• 4.3.4 受摩擦状态影响的微动疲劳寿命预测结果60-63
• 4.4 摩擦状态对连接结构微动疲劳寿命影响分析63-66
• 4.4.1 不同摩擦系数对接触区域应力应变的影响63-64
• 4.4.2 摩擦系数对微动疲劳寿命的影响64-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第五章 总结与展望68-71
• 5.1 总结68-70
• 5.2 本文的创新点70
• 5.3 进一步研究工作展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文75

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本文编号：270717