接触面对微动疲劳寿命的影响研究
发布时间：2017-10-04 06:11
本文关键词：接触面对微动疲劳寿命的影响研究
【摘要】：绝大多数的机械零部件,都是在交变载荷下工作的,而微动疲劳普遍存在机械构件中,如销钉联接、螺栓和燕尾榫等。在航空工业、核工业等工业重要部门,微动疲劳是一些配合零部件的失效的主要原因之一。与普通疲劳相比,在微动疲劳中,由于微动磨损的作用加速了材料的损伤,使得整个零件疲劳失效,甚至严重造成人员伤亡。因此对于微动疲劳寿命的研究有一定的意义。本文通过研究不同接触面积在等幅载荷下的微动疲劳寿命和裂纹萌生机理,并借助有限元和实验对其进行较为全面的分析。本文的主要研究的成果如下:首先设计了燕尾榫结构的微动实验试样,实现了平面-平面的接触形式,试样的紧凑型增加了试样的刚性,提高了加载频率,提升了实验的效率。其次建立不同接触面积的微动疲劳有限元模型,接触面面积分别为31.8mm~2、35.3mm~2、38.8mm~2。运用大量的有限元计算,分析了三种接触面积下的接触面的应力强度、X方向应力、Y方向应力、剪切力、应变、应力幅等的分布特点对裂纹萌生和扩展的影响。研究表明,在接触区域中,最大应力强度出现在榫槽接触面的末端,接触面积越小,应力幅越大,同时确定了裂纹萌生点和扩展方向。最后通过谐振式高频疲劳试验机,使燕尾榫试样在最大载荷5KN和最小载荷1KN之间进行疲劳实验,得到了在不同接触面积下,各试件的微动疲劳寿命和裂纹的萌生和位置方向。与有限元分析一致,同时获得了S-N微动疲劳寿命曲线。从有限元分析结合实验,分析了接触面大小对微动疲劳特性的影响,并定量分析了接触面积与最大应力幅之间的关系,从实验得到的S-N微动疲劳寿命曲线可以通过应力幅,确定了接触面积与寿命的关系。还可以通过其它结构形式结合接触面积对微动疲劳更加细化的进行定量研究。
【关键词】：微动疲劳 疲劳寿命 接触面积 燕尾榫
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH114
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-10
- 符号说明10-13
- 第1章 绪论13-19
- 1.1 课题背景与意义13-14
- 1.1.1 基本概念13
- 1.1.2 研究意义13-14
- 1.2 微动疲劳的发展及展望14-17
- 1.2.1 微动疲劳的发展历程14-15
- 1.2.2 微动疲劳影响因素15
- 1.2.3 微动疲劳的研究模型15-16
- 1.2.4 微动疲劳与微动磨损的关系16-17
- 1.2.5 微动疲劳的未来进展17
- 1.3 本文研究内容17-19
- 第2章 微动磨损的机理19-25
- 2.1 早期研究19-21
- 2.2 微动磨损理论的进展21-22
- 2.3 微动疲劳裂纹萌生位置的预测22-23
- 2.4 本章小结23-25
- 第3章 微动疲劳实验试样设计25-35
- 3.1 微动模型25-26
- 3.2 微动试样设计26-29
- 3.3 对于接触面的强度设计和加载的载荷设计29-31
- 3.4 试验装置的装配与模型31-33
- 3.5 本章小结33-35
- 第4章 模型建立和接触应力有限元分析35-71
- 4.1 接触问题的有限元分析35-38
- 4.1.1 Hertz接触理论35-36
- 4.1.2 ANSYS中的接触应力分析36-38
- 4.2 模型建立38-40
- 4.3 不同接触面积下微动模型的应力分析40-43
- 4.4 接触面应力强度和应力强度幅度43-52
- 4.5 接触面X、Y、XY方向应力分布情况52-62
- 4.6 接触面应变和应力曲线图62-65
- 4.7 裂纹扩展方向的判断65-69
- 4.8 本章小结69-71
- 第5章 接触面对微动疲劳寿命的实验研究探讨71-79
- 5.1 实验方法与原理71-72
- 5.1.1 实验方案71
- 5.1.2 实验原理71-72
- 5.2 实验结果和讨论72-78
- 5.2.1 试样磨损的探讨72-75
- 5.2.2 微动疲劳裂纹断裂75
- 5.2.3 不同接触面积下的疲劳寿命探讨75-78
- 5.3 本章小结78-79
- 第6章 研究结果与展望79-81
- 6.1 研究成果79
- 6.2 创新点79-80
- 6.3 展望80-81
- 附录81-83
- 参考文献83-86
- 致谢86-87
- 攻读学位期间参加的科研项目和成果87
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