兆瓦级风力机偏航齿圈高强度联接螺栓螺纹表面裂纹扩展分析

建立兆瓦级风力机偏航齿圈与塔架法兰处高强度联接螺栓联接三维模型并在Hypermesh前处理,在ABAQUS建立高强度联接螺栓接触模型,按照不同裂纹深度和不同裂纹长度对高强度联接螺栓螺纹底端表面裂纹和螺纹顶端表面裂纹的扩展进行仿真分析。研究结果表明:高强度联接螺栓最大应力位置与裂纹位置无关,均出现在螺纹连接第1个螺纹处;当初始裂纹设置在第1个螺纹处时,由于高强度联接螺栓联接结构裂纹处产生应力集中、发生裂纹扩展现象,导致高强度联接螺栓应力过大,严重影响连接可靠性,故应特别注意此类裂纹,并防止其出现。     

42 CrMoA高强连接螺栓材料与断裂特征

42CrMoA高强连接螺栓广泛用于风机叶片与轮毂的连接,风机叶片结构复杂性和运行波动性导致载荷复杂交变,长时间交变载荷会造成叶片连接螺栓高频疲劳损伤,螺栓的疲劳失效断裂是风机安全运行急需解决重要问题。以某2 MW风力机叶片42CrMoA高强连接螺栓材料为研究对象,利用PLG-50高频疲劳试验机开展不同加载条件下螺栓材料高频疲劳实验研究。研究结果表明,650 MPa载荷下6.444 9×10~6周次后试样尚未断裂,750 MPa载荷下的试样疲劳寿命达1.056 4×10~6周次;疲劳损伤具有多疲劳裂纹起源区特征,试样断裂是由于多源裂纹交汇后形成峰线所导致;在相同的最大应力加载下,应力振幅越高,裂纹扩展速率越大,高频疲劳寿命越低。研究结果对揭示风机螺栓损伤断裂原因和风机安全运行具有重要意义。     

横向载荷与预紧力对螺栓断裂寿命的影响

螺栓连接依靠自身简单可靠的特点被广泛应用于各个行业,然而螺栓的疲劳断裂却是一个非常突出的问题.因此,为准确预测螺栓断裂失效寿命,进行了螺栓材料的疲劳裂纹扩展实验,求得了螺栓材料的断裂参数,从而建立了Paris裂纹扩展模型.然后运用有限元方法与疲劳裂纹扩展实验进行对标,并取得较好的效果,为螺栓断裂失效寿命的计算奠定了基础.最后,考虑到螺栓预紧力与横向载荷对螺栓断裂的影响,建立了带裂纹的螺栓有限元模型,并采用有限元方法进行螺栓失效寿命计算的定量分析.结果表明：横向载荷与螺栓预紧力对应力强度因子和螺栓使用寿命具有较大的影响.     

轮迹位置对钢桥面板U肋对接焊缝疲劳性能的影响

为研究车轮行驶位置对钢桥面板U肋对接焊缝疲劳性能的影响,现以江阴长江大桥为研究对象,采用数值模拟的方法,计算了不同车辆轮迹位置作用下U肋对接焊缝处的疲劳应力幅,结合BS5400规范得到了该细节相应位置的疲劳损伤度;建立U肋对接焊缝局部模型,模拟了不同车轮位置作用下疲劳裂纹扩展路径,同时得到了各扩展阶段的裂纹扩展参数。结果表明:车轮位置与焊缝之间距离大于600 mm,可忽略车辆位置对U肋对接焊缝开裂前的疲劳损伤累计;相对于其他部位,U肋两侧弧形段疲劳损伤严重,易产生疲劳裂纹;随着车轮位置的改变,裂纹扩展路径逐渐由与焊缝平行向与焊缝垂直发展,车轮位置与焊缝之间距离大于750 mm,可忽略车辆位置对U肋对接焊缝开裂后的裂纹扩展影响。     

基于显式动力学的发动机转子中介轴承的仿真分析

为研究复杂工况下中介轴承的动力学特性，针对外圈支承于低压转子轴颈，内圈支承于高压转子轴颈支承形式的中介轴承的工作特点，应用LS-DYNA建立了中介圆柱滚子轴承动力学模型，开展动力学仿真。该模型以显式算法为基础，在充分考虑中介轴承转速、旋转方向、负载、接触及摩擦的条件下，基于动力学仿真模型，分析了中介轴承应力水平随内外圈旋转方向、内外圈转速及径向外载荷变化的规律。分析结果表明：在内外圈反向旋转以及外圈转速增加的情况下中介轴承的振动更为平稳，而在径向外载荷增大的情况下，中介轴承的振动更加剧烈。仿真结果验证了模型的正确性，为中介轴承故障诊断提供了有益参考。     

铁路钢桥高强度紧固螺栓断裂分析及防护

为探求高强度紧固螺栓发生断裂的原因,对某铁路钢桥上断裂的紧固螺栓进行了失效分析。利用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、金相显微镜、洛氏硬度仪、X射线荧光光谱仪、电子万能试验机等技术手段,对铁路钢桥失效螺栓的断口形貌、断口微区成分、显微组织、硬度、螺栓用钢的成分以及力学性能等方面进行分析与研究。结果显示：螺栓用钢的化学成分、硬度及力学性能均符合国家标准要求;螺栓断口起裂区存在树枝状裂纹,裂纹内部有含硫的腐蚀产物,且螺栓工作时所受外力为交变载荷。因此,螺栓的断裂是在交变载荷下发生的腐蚀疲劳断裂。螺栓断裂的初始裂纹源位于螺杆上螺纹的根部或螺柱与螺母连接位置的根部,为由硫元素引起的应力腐蚀裂纹。此研究为防止螺栓发生应力腐蚀裂纹及衍生病害提供了理论依据。     

风机叶片根部连接螺栓的弯曲疲劳试验研究

在叶轮旋转过程中,位于风机叶片根部用于紧固的连接螺栓因受到周期性的弯曲应力而容易疲劳.弯曲疲劳是造成螺栓松弛、损伤甚至断裂的重要原因.本研究以某风电厂2 MW风机高强连接螺栓为研究对象,利用PQ1-6弯曲疲劳试验机开展螺栓试样的旋转弯曲试验研究;通过宏观分析、化学成分分析、显微组织检测及扫描电子显微镜断口微观分析等方法,探究试验过程中螺栓材料的组织演变规律,研究螺栓失效的微观机理及其疲劳损伤的发展过程.结果 表明:在250 N的负荷下螺栓的旋转弯曲疲劳寿命为76200周次;由旋转弯曲疲劳载荷引起的螺栓试样组织演变和疲劳损伤累积呈全域性分布特点,并在螺栓试样材料的不同部位形成了疲劳影响带,且其距离断口越近材料组织的疲劳损伤程度越大;疲劳损伤带由表及里向试样内部扩展;断口处疲劳裂纹从试样表面开始萌生,断裂机理为韧性断裂;螺栓材料中的夹杂物加剧了弯曲疲劳裂纹的集中和扩展,进一步缩短了螺栓的疲劳寿命.     

钢板梁桥腹板加劲肋焊缝疲劳开裂后的应力特征

通过建立钢板梁桥节段有限元模型分析了主梁腹板与加劲肋连接焊缝部位的开裂特征,基于最不利车辆荷载位置分析了腹板间隙不同横向荷载位置下的正应力与剪应力特征,以及裂纹长度的变化对腹板面外变形的影响;通过对比不同裂纹长度时裂纹尖端和裂纹最深点的应力强度因子值,分析了裂纹长度对裂纹前缘的受力特征以及扩展速率的影响.研究结果表明:...     

弹击Ly12矩形靶板的裂纹和塑性区的特征分析

用金相学和云纹法分析了予应力Ｌｙ１２矩形靶承受高速弹体穿击区周围裂纹的萌生，扩展和断裂过程，扩展状态和破坏特征，研究表明：冲击载荷引起第２相粒子的振动，形成空洞是裂纹起裂的主要因素，空洞连接成串导致裂纹扩展和断裂；由于ｌｙ１２的第２相位粒子多处于晶界处，导致材料发生洞晶断裂，裂纹尖端塑性区分布成蝶形，裂纹两侧及与裂尖成４５°方向材料的塑性应变较大，裂尖正前向较远处塑性应变小。     

圆柱齿轮齿根三维裂纹扩展分析及寿命预测

基于线弹性断裂力学理论,建立含齿根初始裂纹的圆柱齿轮三维边界元模型,计算了裂纹前缘应力强度因子;对初始裂纹进行自动扩展分析,得到齿根裂纹的扩展轨迹及裂纹扩展寿命。在此基础上,研究了载荷大小、裂纹尺寸、裂纹位置及裂纹方向对裂纹扩展寿命的影响规律。结果表明,齿根裂纹以先慢后快的速率扩展,齿宽方向比齿厚方向易于扩展;随着载荷及初始裂纹尺寸的增大,裂纹扩展寿命逐渐减小,载荷对扩展寿命的影响很大,初始裂纹深度对扩展寿命的影响大于裂纹宽度;初始裂纹越靠近齿轮端面扩展寿命越长,初始裂纹方向为-30°左右时,裂纹扩展寿命最短。     

往复荷载下钢管与螺栓球组配试件超低周疲劳断裂试验研究

为探索螺栓球网格结构强震下的破坏特征,对五个螺栓球节点管球组配试件进行了轴向往复荷载作用下的超低周疲劳断裂试验研究。通过电镜扫描观察试件超低周疲劳破坏的裂纹萌生、扩展、断裂、断口形态,并分析了裂纹萌生原因、断裂机理。结果表明:当承受拉-压循环荷载时,试件均经历失稳弯曲、在杆件中点附近局部凹陷、在凹陷处表面萌生裂纹、进一步开裂、最后发生低周疲劳断裂的过程;其断口形状为椭圆,有明显塑性变形,为韧性断裂,疲劳寿命均很短。当试件承受较大压幅值的循环荷载时,试件首先失稳弯曲,然后在杆件中点附近局部凹陷,继而在凹陷处表面萌生裂纹,但同时因节点中高强螺栓承受弯剪作用,在螺栓牙底应力集中位置,也多处同时萌生裂纹并迅速发展,最后导致高强螺栓先于杆件局部凹陷处发生疲劳断裂;其断口表面光滑平整,没有明显塑性变形,疲劳寿命只有18次。     

一般速度条件下球轴承工作特性分析

速度通过惯性力作用于轴承,对其内部工作特性影响很大.高速时滚动体与内外圈接触角不再相等,内圈接触角大于外圈接触角.接触载荷的变化情况与接触角变化不同,在一定的转速条件下,外圈接触载荷大于内圈接触载荷.由于内圈接触角随转速的增加而减小,导致轴承径向刚度随转速的增加而降低.转速越高,轴承的工作情况变化越大.     

不同工况下螺栓连接梁有限元仿真分析与强度校核研究

为研究螺栓连接梁在不同危险工况下的结构强度及安全性,本文采用了仿真和理论相结合的方法,对受偏心载荷的螺栓连接梁危险工况进行综合分析。并针对仿真结果中应力较大的螺栓部分采用了建立子模型的方法进一步仿真分析,以确保横梁结构安全可靠。使用了力线平移定理对横梁所受载荷进行简化,并对横梁进行强度校核。研究结果表明：（1）横梁在危险工况下各结构均满足强度要求,且不同危险工况对横梁结构的变形及应力影响较小;（2）螺栓预紧力是导致螺栓结构产生较大应力的原因,而外载荷对螺栓结构的影响较小;（3）在忽略螺栓结构对横梁结构的影响后,横梁强度校核结果与仿真结果近似相同,且均满足材料的强度要求。综上所述,通过仿真分析及理论强度校核均可证明该螺栓连接梁在各工况下均能满足强度需求。同时该研究也为后续研究该类型横梁提供一定的仿真及理论依据。     

WC-钢复合材料的断裂过程与断口分析

本文用光学金相显微镜在三点弯曲载荷作用下,观察了不同热处理状态的WC-钢复合材料GJW50断裂全过程;用扫描电镜进行了断口分析。结果表明,随着外加载荷增大,试样下表面张应变量ε_θ增大,当达到最大张应力时便产生显微裂纹。其显微裂纹总是在粗大的WC粒子和硬质相WC聚集区的WC粒子间界面以及孔隙处优先萌生。随着应变量增大,已开裂WC粒子中的微裂纹张开粗化,与此同时,尺寸较小的WC粒子开始产生微裂纹;应变量进一步增加,已开裂WC粒子的裂纹进一步张开,向前发生扩展。并对其扩展的可能途径进行了研讨。     

带弹簧片高压转子连接螺栓组件焊接裂纹故障分析与改进验证

带弹簧片高压转子连接螺栓组件由D头螺栓和弹簧片激光熔焊组成,其因结构简单、设计精巧等原因,在中外各型发动机上广泛使用。为彻底解决各型发动机带弹簧片高压转子连接螺栓组件焊接裂纹故障问题,以某型发动机故障件为基础,通过断口宏微分析、金相检查、焊接深度测量、温度场评估、材料选用分析、结构尺寸分析、有限元仿真计算、分解/装配过程分析等方法,对带弹簧片高压转子连接螺栓组件焊接裂纹故障进行全面的研究,最终定位了故障的根本原因：螺栓组件焊接深度不足且存在明显的焊接薄弱处;螺栓组件弹簧片结构设计不合理,导致自锁螺母分解/装配过程中弹簧片承受不合理扭矩,当扭矩过大时,焊接薄弱处因应力超限而过载破坏。从结构设计、制造工艺等方面给出相应的改进措施,改进后的螺栓组件未再出现裂纹故障,证明了故障定位的准确性和改进措施的有效性。     

正交异性钢桥面板的疲劳裂纹扩展规律

为了研究正交异性钢桥面板U肋-横隔板的连接部位的疲劳问题,基于扩展有限元方法分析典型疲劳裂纹的扩展机理,并引入U肋-横隔板焊缝的残余应力,分析残余应力对疲劳裂纹扩展的影响。研究结果表明:萌生于横隔板开孔处的疲劳裂纹未考虑残余应力时不会扩展,加入残余应力后会改变裂纹的应力状态,裂尖应力可以驱动横隔板开孔处的裂纹扩展,裂纹扩展类型为Ⅰ型裂纹;萌生于U肋焊趾处的疲劳裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,残余应力会影响裂纹扩展角度;对于萌生于横隔板焊趾处的裂纹,相比于不考虑残余应力的情况,考虑残余应力的裂纹扩展规律与实桥开裂规律相符,说明对于焊缝疲劳裂纹,在疲劳评估时应考虑焊接过程中残余应力对评估结果的影响。     

TC11钛合金室温高周疲劳断口及微观组织

以片层组织TC11钛合金为研究对象,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对室温高周疲劳断口及断口附近的微观组织形貌进行了观察分析。研究结果表明:不同载荷下TC11钛合金疲劳断口均由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区3部分组成,且裂纹扩展区存在着大量与疲劳裂纹扩展方向相垂直的二次裂纹。随着载荷的增大,二次裂纹数量逐渐增多的同时,其宽度明显增加,疲劳辉纹的宽度也随之增大,从0.6μm(475MPa)增加到1.0μm(525MPa)。在交变载荷的作用下,钛合金内部萌生出大量的位错亚结构,且位错多堆积在α/β相界处,造成应力集中,导致界面开裂形成裂纹源,从而降低疲劳寿命。     

TC11钛合金室温高周疲劳断口及微观组织

以片层组织TC11钛合金为研究对象,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对室温高周疲劳断口及断口附近的微观组织形貌进行了观察分析。研究结果表明:不同载荷下TC11钛合金疲劳断口均由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区3部分组成,且裂纹扩展区存在着大量与疲劳裂纹扩展方向相垂直的二次裂纹。随着载荷的增大,二次裂纹数量逐渐增多的同时,其宽度明显增加,疲劳辉纹的宽度也随之增大,从0.6μm(475MPa)增加到1.0μm(525MPa)。在交变载荷的作用下,钛合金内部萌生出大量的位错亚结构,且位错多堆积在α/β相界处,造成应力集中,导致界面开裂形成裂纹源,从而降低疲劳寿命。     

冰锥作用位置对冰弯曲破坏模式影响数值分析

通过显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟了冰锥相互作用的动态断裂过程,得到了冰排内部的应力分布和裂纹扩展趋势.冰上下表面的应力分布有较大差别,在冰锥接触处首先出现径向裂纹.基于数值结果比较了在不同冰锥作用位置时,冰应力分布及裂纹扩展趋势的差异,并进一步分析了冰锥作用位置和破坏模式转变的关系.结果表明,冰锥作用位置对冰排应力分布和裂纹扩展趋势的影响较小,不是影响破坏模式转变的一个重要因素.     

基于小波-能量模式的回转支承故障诊断方法研究与应用

回转支承机械结构和工作条件特殊,导致其故障机制复杂,传统的信号分析方法难以对其进行有效的故障诊断.提出了一种基于小波分解与能量谱相结合的回转支承故障诊断方法.利用小波多尺度、多分辨率的特性,对回转支承振动信号进行多尺度分解;根据回转支承低频故障特性,对小波分解后的低频区进行频谱分析,再结合各尺度频带能量谱进行回转支承故障诊断.通过对回转支承加速寿命试验中各阶段数据分析表明,该方法能够有效、准确地诊断出回转支承故障模式,相比单一的小波频谱分析诊断精度更高、可靠性更好,具有一定的工程实用价值.