轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触界面疲劳寿命的影响

为了预测轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触寿命的影响规律,基于高级非线性有限元分析软件MARC,建立了具有平面应变特征的二维滚动接触寿命预测模型,并在二维有限元模型的表面和次表面对应施加了轴承钢硬切削实验所测残余应力,模拟计算典型服役条件下的滚动接触应力;采用基于S N寿命理论的Miner法则,计算轴承钢滚动界面的疲劳接触寿命,分析了在不同摩擦系数、滚动接触频率和外加载荷工况下,硬切削残余压应力对疲劳寿命的影响.结果表明,硬切削残余压应力可使轴承钢的滚动接触疲劳寿命提高10％~30％.其中,载荷对滚动接触疲劳寿命影响最大,摩擦系数的影响最小.     

影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析

建立了钢轨3维弹塑性有限元计算模型,分析了接触斑内应力应变场特点.分析结果表明,在接触斑内钢轨处于三向压缩应力状态,有较大的静水压力;认为静水压力影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命.以临界平面法为基础,提出了考虑静水压力影响的滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型,分析了轮载和摩擦系数对疲劳裂纹萌生的影响.结合具体算例分析表明:随着静水压力增大,静水压力对滚动接触疲劳裂纹影响在增大;随着轮载和摩擦系数增加,滚动接触疲劳裂纹萌生寿命迅速减少.     

基于夹杂-细晶粒区-鱼眼疲劳失效的超长寿命预测模型

本文旨在研究夹杂-细晶粒区-鱼眼诱发疲劳失效的超长寿命预测模型.基于Cr-Ni-W合金钢疲劳试验结果,结合局部应力-寿命法和位错-能量法,分别构建了局部裂纹萌生寿命模型(LCIL)和考虑夹杂及细晶粒区影响的裂纹萌生寿命模型(IFCIL),并与Tanaka-Mura模型(T-M)进行了对比分析.其次,分别对细晶粒区内的小裂纹扩展行为和细晶粒区外鱼眼内的长裂纹扩展行为进行建模,最终形成了包含裂纹萌生和扩展在内的全寿命预测模型.结果表明,考虑夹杂及细晶粒区影响的裂纹萌生寿命模型(IFCIL)有较高的预测精度;对应细晶粒区的裂纹萌生寿命几乎等同于全寿命;裂纹扩展寿命仅占据全寿命很小的一部分;预测结果全部处于2倍偏差以内,即全寿命模型可有效地用于夹杂-细晶粒区-鱼眼诱发失效的超长寿命预测.     

摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响

以正交剪应力作为滚动接触次表层疲劳损伤评价的临界应力,分析了摩擦系数对滚动接触次表层正交剪应力幅及应力比的影响规律.根据疲劳损伤累积理论及非对称循环应力幅修正公式,建立了支承辊次表层接触疲劳应力与寿命计算模型,用于评价支承辊次表层接触疲劳损伤.实例分析了摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响,结果表明:随着应力比及摩擦系数增大,支承辊的次表层接触疲劳损伤增大,因此,降低支承辊接触摩擦系数,可改善支承辊的疲劳损伤.     

多晶体金属疲劳寿命的非平衡统计模型

为了研究晶粒尺寸对多晶体金属疲劳寿命的影响，基于疲劳断裂非平衡统计理论和界面能模型，导出了多晶体金属的疲劳寿命随晶粒尺寸和应力振幅的变化公式．在其它参数保持不变的情况下，得出细晶粒多晶体金属的平均疲劳寿命随晶粒尺寸和应力振幅的增加而减小的结论．并对2种特定细晶粒多晶体材料的晶粒尺寸和应力振幅对疲劳寿命影响的理论结果与实验结果进行了比较．结果表明所得理论与实验结果比较吻合。     

基于虚拟试验场的后悬架疲劳分析

利用虚拟试验场技术建立耐久性强化路面和整车有限元模型,考虑轮胎的结构非线性因素、轮胎和路面的接触非线性以及橡胶连接件的刚度和阻尼特性等传统计算机辅助分析常使用的人为假定,通过显示时间积分获得道路载荷.基于弹塑性材料模型对后悬架施加道路载荷得到其应力应变历程,应用应变寿命法预测疲劳裂纹萌生寿命,并考虑了平均应力对疲劳寿命的影响.     

考虑短裂纹阶段的焊接结构疲劳寿命分析

针对焊接结构可能存在的短裂纹问题,基于断裂力学原理提出一种改进的疲劳寿命预测方法。该方法结合Kitagawa-Takahashi图建立裂纹扩展门槛值ΔKth与裂纹特征尺寸a的函数关系,并在传统Paris模型的基础上考虑了该门槛值对裂纹扩展的影响。参照某起重机走行梁的疲劳试验数据进行对比研究,结果表明,本文提出的模型相较于传统的Paris模型具有更高的预测精度,而且它在一定程度上可以解释材料微观晶粒尺寸不同导致的焊接结构疲劳寿命的分散性;短裂纹阶段在试件梁疲劳总寿命中占比约为22%,0.25mm可作为短裂纹和长裂纹的合理分界点。     

后悬架多轴疲劳寿命预测

以鹅卵石强化路面的道路载荷为边界条件,考虑材料弹塑性变形,对汽车后悬架进行瞬态动力学有限元分析,利用传统的应变寿命法计算得到后悬架单轴疲劳寿命,对应力-应变时间历程的二轴性分析表明:汽车后悬架局部危险区域承受多轴非比例载荷.基于多轴疲劳理论,考虑了材料的非比例强化的影响,分析了裂纹形式,选用基于临界面法的Bannantine模型和Wang-Brown模型预测了后悬架的多轴疲劳寿命,并与单轴疲劳寿命分析结果进行了比较,研究发现,在非比例循环载荷下,疲劳寿命将大大减少,按常规的单轴疲劳寿命估算方法,将给出偏于危险的预测.     

晶体学取向对多晶体材料微结构力学行为的影响

现代材料设计和制备,对材料性能的要求愈来愈高,对寿命估测准确程度的要求也日益严格。基于材料细观尺度层次的性能预测并以此控制材抖的宏观性能,是解决这一问题的一个有效途径。利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维多晶体材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于多晶体材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,自主开发软件AutoORI对其生成的INP文件进行一系列修改实现晶体学取向的自动替换从而预测其晶体学取向对其微结构力学行为的影响。     

考虑滚动体误差时高速电主轴轴承的受力和寿命研究

以高速电主轴为研究对象,对支承电主轴的角接触球轴承进行了力学分析,建立了能够在考虑滚动体尺寸误差的情况下计算每一滚动体受力的计算模型。结合具体算例,在不考虑滚动体尺寸误差时,研究了轴向载荷和径向载荷对每个滚动体受力的影响,计算研究了滚动体尺寸误差对各滚动体受力及轴承寿命的影响。数值计算结果表明,滚动体存在正误差或负误差时都会改变每个滚动体的受力,都会使滚动轴承的寿命降低。研究了滚动体加工精度对电主轴支承的角接触球轴承寿命影响,得出了具体的影响曲线,结果表明,随着加工精度的降低,支承电主轴的角接触球轴承的寿命会快速下降,当精度低于G40时下降速度迅速增加。