15-5PH高强钢中心孔喷丸构件的疲劳寿命预测研究

发布时间：2017-10-08 09:16

  本文关键词：15-5PH高强钢中心孔喷丸构件的疲劳寿命预测研究

  更多相关文章： 高强钢 喷丸强化 中心孔试样 疲劳极限 寿命预测 随机疲劳

【摘要】：疲劳失效是航空、机械、船舶工业等领域结构中最常见的破坏形式。疲劳破坏常发生在结构的应力集中部位,如铆钉孔、紧固件和键槽等。因此,工程上经常采用喷丸强化工艺来提高这些应力集中部位的疲劳强度和寿命。在实际应用中,许多机械结构常在随机载荷作用下工作,随机疲劳破坏是其主要失效形式。因此,研究喷丸强化缺口件在恒幅和变幅载荷作用下的疲劳强度与寿命预测方法具有重要的工程实际意义。本文首先开展了15-5PH中心孔喷丸试样在两种应力比(R=-1和R=0.06)下的恒幅疲劳试验,采用成组法获得了不同应力幅下的疲劳寿命数据；并采用正态分布假设,进一步确定出试样在不同存活率下的p-S-N曲线；结合六种平均应力修正模型,研究了其对非对称循环疲劳极限的预测能力。结果表明：SWT模型可以较好地描述平均应力对试样疲劳性能的影响,而Goodman模型、Soderberg模型、Gerber模型和Morrow模型得到的结果均偏小,Walker模型的预测结果则偏大。基于FKM (Analytical Strength Assessment of Components in Mechanical Engineering)方法,本文分别确定出15-5PH中心孔喷丸试样疲劳缺口系数和表面粗糙度修正系数,并重点研究了表面强化系数的取值方法。在此基础上,预测了中心孔喷丸试样在两种应力比下的疲劳极限。计算结果表明,当R=-1时,预测值与实验值非常接近,误差仅为5.55%；当R=0.06时,计算值与实验值误差约为21.46%。由此得出：应用FKM方法计算15-5PH中心孔喷丸构件的疲劳极限总体可以得到较好的预测结果。本文进一步开展了15-5PH中心孔喷丸强化试样在Mini-Twist载荷谱作用下的随机疲劳试验,获得了试样在三种应力水平下的随机疲劳寿命。并采用FKM方法,预估了试样在该载荷谱下的随机疲劳寿命。通过预估寿命与测试寿命比较表明：在低应力下,预测值和试验值比较接近,误差不超过1倍；而在高应力下,预测值和试验值最大差别接近4倍。论文还对上述误差产生的原因进行了初步分析,认为FKM方法中选择的平均应力修正公式不够合理是导致高应力下预测结果偏大的主要原因。为此,本文建议在FKM方法中引入与实验结果最为接近的SWT平均应力修正模型。进一步的计算表明：这种修正的FKM方法可以显著提高喷丸强化缺口试样的随机疲劳寿命预测精确度,预测结果与实验结果误差不超过10%。因此,可以采用这种修正的FKM随机疲劳寿命预测模型进行喷丸强化缺口构件的疲劳强度设计。
【关键词】：高强钢 喷丸强化 中心孔试样 疲劳极限 寿命预测 随机疲劳
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG668;TG142.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-33
• 1.1 课题背景10
• 1.2 喷丸强化构件疲劳寿命工程预测方法10-21
• 1.2.1 FKM法11-15
• 1.2.2 临界距离法15-21
• 1.3 疲劳寿命预测中的雨流计数法21-30
• 1.3.1 雨流计数法的基本原理21-23
• 1.3.2 雨流计数法的常用模型23-30
• 1.4 疲劳寿命预测中的平均应力修正模型30-31
• 1.5 本文主要研究内容31-33
• 第2章 材料与实验方法33-41
• 2.1 引言33
• 2.2 试验材料33-34
• 2.3 高周疲劳试验34-38
• 2.4 随机疲劳试验38-39
• 2.5 疲劳断口观察39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第3章 15-5PH高强钢中心孔喷丸试样的疲劳实验结果41-59
• 3.1 引言41
• 3.2 中心孔喷丸试样的疲劳寿命和疲劳极限41-52
• 3.2.1 中心孔喷丸试样的中值疲劳寿命和疲劳极限41-46
• 3.2.2 中心孔喷丸试样的S-N曲线和p-S-N曲线46-51
• 3.2.3 中心孔喷丸试样的随机疲劳寿命51-52
• 3.3 中心孔喷丸试样疲劳寿命预测中的平均应力修正52-54
• 3.4 中心孔喷丸试样的疲劳断口分析54-57
• 3.4.1 恒幅疲劳断口形貌观察与分析54-55
• 3.4.2 随机疲劳断口形貌观察与分析55-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第4章 基于FKM方法预测15-5PH中心孔喷丸试样的疲劳寿命59-75
• 4.1 引言59
• 4.2 基于FKM方法计算中心孔试样的疲劳极限59-68
• 4.2.1 疲劳缺口系数和表面粗糙度修正系数59-61
• 4.2.2 表面强化系数61-66
• 4.2.3 试样的疲劳极限66-68
• 4.3 基于FKM方法预测中心孔试样的随机疲劳寿命68-71
• 4.4 预测结果和实验结果对比分析71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第5章 结论与展望75-78
• 5.1 结论75-76
• 5.2 展望76-78
• 参考文献78-83
• 作者简历83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 高玉魁,殷源发,李向斌,刘天琦;喷丸强化对0Cr13Ni8Mo2Al钢疲劳性能的影响[J];材料工程;2001年12期

2 朱亦钢,张诗捷,颜鸣皋;逐次累积裂纹扩展计算的循环计数方法[J];航空学报;1993年03期

3 孟金凤;陆正刚;章焕章;;基于FKM标准的转向架构架疲劳损伤研究[J];机车电传动;2011年01期

4 姚枚,王声平,李金魁,王仁智,李向斌;表面强化件的疲劳强度分析及金属的内部疲劳极限[J];金属学报;1993年11期

，

本文编号：993194