基于红外热像法的20Cr2Ni4A齿轮钢材料疲劳极限快速预测研究
发布时间：2023-05-20 07:14
20Cr2Ni4A是优质合金钢,强度高,韧性及淬透性好,且具有表面硬化耐磨性高、渗碳淬火后韧性好等特点,广泛应用于大型机械设备重载齿轮的设计制造中。重载齿轮是大型机械装置(推土机、挖掘机、装甲车等)传动系统的核心部件,其主要功能是以指定的速度比传递运动和扭矩。在实际工程应用中,由于大负载,强应变和长周期的影响,重型齿轮经常引起各种问题。其中,疲劳造成的断裂失效占整个结构失效的80%以上,因此疲劳问题成为制约其安全应用的瓶颈。所以,在机械设计中,必须首先清楚材料的疲劳性能。长期以来,传统疲劳实验方法在确定材料疲劳性能参数方面发挥了重大的作用。但是,传统方法实验周期长、耗费高、效率低的缺点制约了结构优化设计过程中经济效益的提高,材料的疲劳性能并非容易获得。所以,亟需发展新的疲劳评估方法以满足现代化设计的高要求。疲劳过程试验机对试样做的机械功,产生的能量耗散宏观反映为材料表面非均匀温度场的变化。红外热成像技术作为一种实时、非接触、全场和无损的测温手段能够实时地监测不透明材料表面温度信号的变化规律,为疲劳研究提供了新的方法。本文基于红外热像法和能量耗散理论,研究材料在疲劳循环加载过程中表面的温...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 疲劳设计研究概述
1.2.1 疲劳寿命理论发展历程
1.2.2 机械零件抗疲劳设计方法
1.2.3 机械零件疲劳寿命预测常用理论
1.3 红外热像法快速预测疲劳极限
1.3.1 红外热像法能量耗散原理
1.3.2 红外热像法国内外研究现状
1.4 本课题主要研究内容
第2章 疲劳行为中的能量耗散及能量平衡理论
2.1 引言
2.2 热力学理论基础
2.3 疲劳产热机理
2.3.1 材料的粘弹性行为
2.3.2 材料的塑性变形
2.4 红外热像法快速预测材料疲劳极限理论模型
2.4.1 以稳定温升值为参数的疲劳极限快速预测
2.4.2 以初始温升速率为参数的疲劳极限快速预测
2.5 红外测温数据处理及拟合方法
2.5.1 Risitano法(单线法)
2.5.2 Luong法(双线法)
2.5.3 Crupi法
2.6 本章小结
第3章 试验材料及试验方法
3.1 试验材料及设备
3.1.1 试验材料
3.1.2 试验设备
3.2 试验方法
3.2.1 静载拉伸试验
3.2.2 拉伸疲劳试验
3.3 试验数据处理方法
第4章 红外热像法表征20Cr2Ni4A材料静载拉伸行为
4.1 引言
4.2 净化前20Cr2Ni4A材料静载拉伸性能
4.2.1 净化前材料应力-应变曲线及断口形貌
4.2.2 净化前材料静载拉伸同步温升变化曲线
4.3 净化后20Cr2Ni4A材料静载拉伸性能
4.3.1 净化后材料应力-应变曲线及断口形貌
4.3.2 净化后材料静载拉伸同步温升变化曲线
4.4 20Cr2Ni4A试样迟滞回线
4.5 本章小结
第5章 齿轮钢材料疲劳极限快速预测研究
5.1 引言
5.2 渗碳热处理20Cr2Ni4A对称应力S-N曲线及断口形貌
5.2.1 试验方法
5.2.2 对称应力S-N曲线及断口形貌
5.3 渗碳热处理20Cr2Ni4A非对称应力S-N曲线及断口形貌
5.4 对称应力状态下(R=-1)预测精度分析
5.5 非对称应力状态下(R=0.5)预测精度分析
5.6 非对称应力状态下(σm=700MPa)预测精度分析
5.7 提高红外热像法快速预测疲劳极限可靠性的方法
5.8 本章小结
第6章 基于红外热像法预测齿轮零件疲劳极限
6.1 引言
6.2 齿轮在服役过程中受力状态分析
6.3 红外热像法预测超高周弯曲疲劳极限
6.4 基于应变增量的疲劳极限快速预测研究
6.4.1 理论模型与试验方法
6.4.2 对称应力状态下应变增量法快速预测疲劳极限
6.4.3 非对称应力状态下应变增量法快速预测疲劳极限
6.5 红外热像法预测齿轮零件疲劳极限可行性分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3820789
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 疲劳设计研究概述
1.2.1 疲劳寿命理论发展历程
1.2.2 机械零件抗疲劳设计方法
1.2.3 机械零件疲劳寿命预测常用理论
1.3 红外热像法快速预测疲劳极限
1.3.1 红外热像法能量耗散原理
1.3.2 红外热像法国内外研究现状
1.4 本课题主要研究内容
第2章 疲劳行为中的能量耗散及能量平衡理论
2.1 引言
2.2 热力学理论基础
2.3 疲劳产热机理
2.3.1 材料的粘弹性行为
2.3.2 材料的塑性变形
2.4 红外热像法快速预测材料疲劳极限理论模型
2.4.1 以稳定温升值为参数的疲劳极限快速预测
2.4.2 以初始温升速率为参数的疲劳极限快速预测
2.5 红外测温数据处理及拟合方法
2.5.1 Risitano法(单线法)
2.5.2 Luong法(双线法)
2.5.3 Crupi法
2.6 本章小结
第3章 试验材料及试验方法
3.1 试验材料及设备
3.1.1 试验材料
3.1.2 试验设备
3.2 试验方法
3.2.1 静载拉伸试验
3.2.2 拉伸疲劳试验
3.3 试验数据处理方法
第4章 红外热像法表征20Cr2Ni4A材料静载拉伸行为
4.1 引言
4.2 净化前20Cr2Ni4A材料静载拉伸性能
4.2.1 净化前材料应力-应变曲线及断口形貌
4.2.2 净化前材料静载拉伸同步温升变化曲线
4.3 净化后20Cr2Ni4A材料静载拉伸性能
4.3.1 净化后材料应力-应变曲线及断口形貌
4.3.2 净化后材料静载拉伸同步温升变化曲线
4.4 20Cr2Ni4A试样迟滞回线
4.5 本章小结
第5章 齿轮钢材料疲劳极限快速预测研究
5.1 引言
5.2 渗碳热处理20Cr2Ni4A对称应力S-N曲线及断口形貌
5.2.1 试验方法
5.2.2 对称应力S-N曲线及断口形貌
5.3 渗碳热处理20Cr2Ni4A非对称应力S-N曲线及断口形貌
5.4 对称应力状态下(R=-1)预测精度分析
5.5 非对称应力状态下(R=0.5)预测精度分析
5.6 非对称应力状态下(σm=700MPa)预测精度分析
5.7 提高红外热像法快速预测疲劳极限可靠性的方法
5.8 本章小结
第6章 基于红外热像法预测齿轮零件疲劳极限
6.1 引言
6.2 齿轮在服役过程中受力状态分析
6.3 红外热像法预测超高周弯曲疲劳极限
6.4 基于应变增量的疲劳极限快速预测研究
6.4.1 理论模型与试验方法
6.4.2 对称应力状态下应变增量法快速预测疲劳极限
6.4.3 非对称应力状态下应变增量法快速预测疲劳极限
6.5 红外热像法预测齿轮零件疲劳极限可行性分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3820789
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3820789.html
