30CrNiMo8合金钢的弯曲微动疲劳特性及数值模拟研究
发布时间：2017-04-24 05:14
本文关键词：30CrNiMo8合金钢的弯曲微动疲劳特性及数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：微动疲劳引起的微动损伤促使微观疲劳裂纹提前萌生和扩展,导致构件疲劳寿命或强度明显降低。该损伤广泛存在于核电、航空航天、机械行业、铁路等各个工业领域的紧固配合构件中,已经成为很多关键零部件失效的主要因素之一。微动疲劳根据受到载荷类型的不同,可以分为拉压微动疲劳、弯曲微动疲劳和扭转微动疲劳三种基本的运行模式。国内外的微动疲劳研究方向主要集中在拉压微动疲劳,而对后两种运行模式的研究相对较少。因此本研究对深入认识微动疲劳损伤机理有重要理论意义,同时对工程中抗弯曲微动疲劳损伤有重要参考价值。 本文基于弯曲微动疲劳试验台进行试验研究,采用正交圆柱点接触方式。研究分析了在不同弯曲载荷和不同循环次数条件下,30CrNiMo8合金钢的微动损伤规律。对断裂试样进行了剖面观察并分析了裂纹的萌生和扩展规律。然后利用有限元模拟软件ABAQUS对试验进行了模拟仿真,从接触应力、应变、位移等方面来解释了试验现象。通过以上的工作,获得了以下主要结论： (1)30CrNiMo8合金钢弯曲微动疲劳的S～N曲线呈“C”曲线特性,可以划分为三个区域；即部分滑移区、混合区和滑移区。对应于“C”曲线的“鼻子”区域,即微动运行于混合区时,材料的弯曲微动疲劳寿命最短。 (2)微动损伤区的形貌呈椭圆状。接触中心磨损严重,两边是宽度不同的磨损带。在不同的弯曲载荷作用下,接触区磨损程度不同,形貌发生较大的变化,随着弯曲载荷的增大,磨损加剧。当弯曲载荷相同,循环次数不同时,接触区磨斑形貌特征无明显变化,但氧化磨损加剧,划擦痕迹出现。 (3)微动疲劳裂纹出现在接触区的加载端。裂纹萌生于接触区的次表面,其扩展受接触压应力和弯曲载荷共同作用。扩展初期以接触压应力控制为主,裂纹以一定的角度倾斜扩展,随着扩展深度的增加,逐渐转变为以弯曲载荷控制为主,裂纹的扩展方向变为垂向,直到断裂。 (4)数值模拟的结果表明,可以从应力、应变、位移等不同的角度来分析并解释接触区的弯曲微动疲劳损伤规律。并且在深度方向分析中,可以看出裂纹是从次表层萌生；不同的深度,主导应力不同。
【关键词】：弯曲微动疲劳 微动磨损 疲劳裂纹 有限元模拟
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH117.1;TG142.33
【目录】：
- 摘要6-7
- Abstract7-11
- 第1章 绪论11-29
- 1.1 微动摩擦学的基本概念及相关理论11-21
- 1.1.1 微动的基本概念11-12
- 1.1.2 微动的运行模式12-15
- 1.1.3 微动疲劳的特点和实例15-19
- 1.1.4 微动疲劳的研究和发展19-21
- 1.2 微动摩擦学的弹性接触力学理论21-24
- 1.2.1 无摩擦状态—Hertz弹性接触理论21-22
- 1.2.2 球/平面接触的Mindlin切应力分布理论22-24
- 1.3 有限元模拟中的接触问题24-27
- 1.3.1 有限元法及数值模拟软件ABAQUS介绍24-26
- 1.3.2 有限元模拟软件ABAQUS中的接触理论26-27
- 1.4 本文选题的意义和研究内容27-29
- 第2章 试验材料和方法29-33
- 2.1 弯曲微动疲劳试验装置29-30
- 2.2 试验材料30-31
- 2.2.1 弯曲微动疲劳被试试样材料30
- 2.2.2 微动垫材料30-31
- 2.3 试验参数31-32
- 2.4 微观分析方法32-33
- 第3章 30CrNiMo8合金钢弯曲微动疲劳特性的试验研究33-47
- 3.1 弯曲微动疲劳的S～N曲线33-35
- 3.2 微动损伤分析35-42
- 3.2.1 弯曲载荷对微动损伤的影响35-39
- 3.2.2 循环次数对微动损伤的影响39-42
- 3.3 微动疲劳裂纹分析42-45
- 3.3.1 裂纹的萌生位置42-44
- 3.3.2 裂纹的扩展44-45
- 3.4 本章小结45-47
- 第4章 弯曲微动疲劳的有限元模拟47-68
- 4.1 弯曲微动疲劳有限元模型47-50
- 4.2 加载及模拟工况50-51
- 4.3 数值模拟计算结果51-66
- 4.3.1 接触表面的位移51-54
- 4.3.2 接触表面的应力54-56
- 4.3.3 接触表面的塑性应变56-58
- 4.3.4 深度方向的应力58-61
- 4.3.5 深度方向的塑性应变61-62
- 4.3.6 不同摩擦系数的影响62-66
- 4.4 本章小结66-68
- 结论68-70
- 研究展望70-71
- 致谢71-72
- 参考文献72-76
- 攻读硕士学位期间发表的论文76
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 向学渊;何国求;刘兵;胡正飞;朱e
本文编号：323646
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