Cr5支承辊接触疲劳损伤及其次表层组织变化

针对支承辊使用过程中的疲劳失效现象,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、显微压痕仪和X射线应力仪等对滚动接触疲劳前后Cr5支承辊钢次表层组织进行了研究.结果表明,支承辊在交变接触应力作用下发生接触疲劳损伤,疲劳损伤最大值位于距表面约400μm的支承辊次表层.疲劳损伤引起支承辊次表层硬度升高,残余应力减小,耐腐蚀性增强.疲劳硬化层微观组织发生破碎,位错密度升高.在接触应力不变的情况下,支承辊滚动接触疲劳损伤程度随着寿命比例的增加而增大.     

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.     

冷轧支承辊剥落原因分析及对策

本文对我厂支承辊剥落原因进行了分析,得出支承辊剥落是由于接触高点应力集中导致次表层产生疲劳裂纹,疲劳裂纹向表层扩展最终产生剥落。     

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.     

摩擦因数对回转支承动态特性的影响

基于ABAQUS建立回转支承局部三维有限元模型,将有限元计算的滚动体滚动速度与理论计算对比,检验出仿真的合理性,同时对回转支承进行动态分析,研究摩擦因数对回转支承应力应变和疲劳寿命的影响。仿真的结果和赫兹理论对比表明:摩擦力的作用使后接触区的应力大于前接触区的应力,应力中心不完全关于接触点对称分布,随着摩擦因数增大,次表层的最大应力有向滚道表面移动趋势。反映出回转支承的滚道的疲劳损伤萌生随着润滑效果的变差而变浅,为进一步分析回转支承的疲劳失效原因和动态优化设计提供理论依据。     

冷轧组合式支承辊过盈配合面应力和微动滑移的分布及影响因素

采用ABAQUS软件建立冷轧组合式支承辊的三维模型,通过模拟带钢轧制过程获得不同工艺参数条件下支承辊辊套和辊芯之间过盈配合面的应力及微动滑移分布,并分析了辊套厚度、配合面摩擦系数、过盈量、轧制力、弯辊力等参数对过盈配合面应力分布及微动滑移量的影响规律。结果表明:过盈配合面上周向应力最大,径向应力次之,且二者均在轧辊压扁区达到最大;离支承辊长度方向对称面越远,过盈配合面上的微动滑移量越大,且压扁区边部的周向滑移量最大,压扁区中部的轴向滑移量最大;支承辊外径不变时,辊套厚度与过盈配合面等效应力成正比,与微动滑移量成反比;摩擦系数对等效应力影响很小,但与微动滑移量成反比;当过盈量增大时,配合面上的接触应力和应变都增大,微动滑移量先增加后趋于稳定;轧制力增大导致过盈配合面微动滑移量和轧辊压扁区等效应力增大,但弯辊力对等效应力及微动滑移的影响均较小。     

轮对蠕滑条件下钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测

采用多体动力学与三维弹性体非赫兹滚动接触理论,得到不同轨底坡、超高、摩擦系数与曲线半径等多种轨道条件下的轮轨蠕滑状态,将接触力分别施加于钢轨有限元模型的接触斑位置,分析轨头应力应变响应,得到所有节点的疲劳参量.研究疲劳参量的组成类型,若剪应力与应变部分占主要组成部分,则采用剪切型裂纹萌生预测公式,否则采用拉伸型预测公式.分别预测导向轮与非导向轮作用下的曲线外轨疲劳裂纹萌生寿命,结果表明,外轨疲劳裂纹主要由导向轮作用产生,非导向轮对其影响很小;裂纹萌生寿命随曲线半径的增大而延长,随摩擦系数的增大而减小;设置1∶20轨底坡可以延缓外轨疲劳裂纹萌生,尤其是在半径较小的曲线上效果更明显;过超高能延缓曲线外轨疲劳裂纹萌生;当摩擦系数大于0.3时裂纹萌生于曲线外轨表面,而小于0.3时裂纹萌生位置则逐渐向轨头内部转移.     

预加应力对滚动接触疲劳强度的影响

木文根据弹流理论和弹性力学计算了滚动接触应力场，并进行了预加拉应力对接触疲劳寿命影响的实验研究。结果表明：预加拉应力使裂纹起源于表面的点蚀寿命缩短，与滚动方向成３０°角的剪应力是引起点蚀的决定应力。     

组合式冷轧支承辊热装关键工艺参数模型建立

为定量分析组合式支承辊热装工艺参数、辊套表面状态及材料参数对热装组合式支承辊性能的影响,推导出了热装配合面径向应力、等效应力计算公式、热装过盈量范围公式以及过盈配合面可传递扭矩计算公式,分析了辊套厚度、辊套外表面温度、配合面摩擦系数以及轧制传动方式与组合式支承辊热装最小和最大过盈量之间的定量关系,并得到了辊套厚度、热装过盈量及其结合面摩擦系数对结合面径向应力、等效应力以及可传递扭矩的影响规律,基于ABAQUS软件模拟了热装过程,得到了不同过盈量、不同辊套厚度时的径向应力和等效应力,并与解析模型结果进行了对比。结果表明:提高辊套材料的屈服强度、增大配合面摩擦系数、降低轧制过程辊套外表面温度不但可以明显降低热装组合式支承辊所需最小过盈量并提高热装允许最大过盈量,而且可以增大过盈配合面可承受转矩,对提高组合式支承辊制造技术水平并改善其性能具有重要实际意义。     

基于应力监测的钢-UHPC组合桥面和环氧沥青钢桥面疲劳性能对比

为评估不同桥面加固方案对正交异性桥面板疲劳性能的改善情况,对比了钢-UHPC组合桥面和环氧沥青桥面铺装的桥梁疲劳性能.基于连续一周的应力时程数据,采用线性累积损伤准则计算了各疲劳易损细节的最大应力幅、等效应力幅和疲劳剩余寿命.建立有限元模型,对2种方案加固后的桥面刚度进行了定量对比,分析了车流量及温度变化对疲劳易损细节...     

镶套支承辊有限元分析及疲劳寿命研究

本文以镶套支承辊为研究对象,应用大型有限元软件ABAQUS对支承辊进行了数值模拟。对不同套厚及不同过盈量下的支承辊应力应变场进行了对比分析,这两个参数的选择对镶套支承辊的应用具有重要指导意义。最后,根据辊套的应力应变曲线,估算了镶套支承辊的疲劳寿命。     

旋转支承钢轮应力分析

以Hertz弹性接触理论和曲梁理论为基础,分析了回转支承空心钢轮的圆周应力对轮轨接触von Mises应力峰值及其位置的影响,通过采用平面应变有限元的进一步分析表明,降低钢轮截面梁高可以提高钢轮的径向柔度,同时圆周应力可以有效地抑制接触正应力,提高钢轮接触强度,但可能使钢轮接触区内yon Mises应力峰值点从中间向两侧分离,导致应力循环次数翻倍,影响疲劳强度.至于对接触区内钢轮的剪应力和钢轨的von Mises应力,截面梁高的变化对峰值和位置的影响则不大.     

线接触载荷下材料非均质特性对滚动接触疲劳的影响

滚动接触疲劳是滚动轴承和齿轮等机械传动零部件极易发生的一种典型早期失效方式.此外,工程材料中不可避免存在杂质、夹杂和空洞等缺陷,严重影响接触副材料的性能.文中利用数值化等效夹杂方法分析x-z方向截面为椭圆形、正方形、正三角形等不同形状的杂质对基体材料应力场的影响,并以体积应力积分量化疲劳,探究非均质材料发生滚动接触疲劳的规律.结果表明,分布杂质的形状、弹性模量、深度、体积分数及摩擦系数等都对线接触载荷作用下非均质材料的体积应力积分具有重要影响.     

柔性支承下风力机低速轴轴承疲劳寿命分析

随机风载荷和塔架的柔性支承容易使齿轮箱低速轴轴承受到复杂交变载荷,导致轴承疲劳损坏。为研究在柔性支承和变载荷下风力机齿轮箱低速轴轴承的疲劳寿命,文章建立柔性支承下风力机齿轮箱动力学模型,得出低速轴轴承动态载荷,并对轴承进行静力学分析。最后根据准静态学分析法,得到轴承应力谱,并基于Miner线性累积损伤法则对低速轴轴承的疲劳寿命进行估算。分析结果表明,滚动体与内圈接触区域的外侧倒角处接触应力最大,该最大接触应力结果与Hertz理论计算出的应力幅值结果较为一致;考虑塔架柔性支承下得到风力机低速轴轴承疲劳寿命小于其设计寿命,因此在风力机低速轴轴承设计时必须考虑塔架的柔性支承。     

考虑低应力幅影响的钢吊车梁疲劳可靠度分析

讨论了钢吊车梁疲劳可靠度分析方法.首先,建立了考虑低应力幅对变幅疲劳损伤程度减弱和疲劳荷载循环次数增长率这两个因素的钢吊车梁疲劳失效极限状态方程;其次,探讨了疲劳失效极限状态方程中各随机变量的统计特性,并按一次二阶矩方法和蒙特卡洛模拟方法计算了疲劳可靠度指标;然后,通过算例,研究了以上两个因素对疲劳可靠度指标的影响.研究结果表明:考虑低应力幅的疲劳损伤减弱后,钢吊车梁的疲劳可靠度指标显著增大,但随着疲劳荷载循环次数增长率的提高,疲劳可靠度指标降低.最后,提出了钢结构疲劳设计的几点建议.     

预制表面缺陷对钢滚动接触疲劳性能的影响

10Cr4Ni4Mo4V是在Cr4Mo4V的基础上研制的航空发动机轴承材料。为研究表面损伤对这两种材料疲劳性能的影响,通过含预制表面缺陷和无表面缺陷的滚动接触疲劳实验,研究了表面洛氏缺陷及其边缘突起对这两种材料接触疲劳性能的影响。通过扫描电镜分析了含表面缺陷试样疲劳发展过程及失效形貌,用X射线应力测定仪测量了试样实验前后残余应力随表面至芯部距离的分布。结果表明,表面缺陷以及缺陷边缘的突起均使材料疲劳性能劣化,10Cr4Ni4Mo4V的接触疲劳性能优于Cr4Mo4V。     

残余应力对接触疲劳裂纹萌生寿命的影响

采用光学显微镜跟踪测量法研究了支承辊钢滚动接触疲劳垂直短裂纹的形成和不扩展特性。结果表明:这种短裂纹生成很快、初始扩展速率非常高,但很快就停止扩展;经过大约表面损伤寿命的70%~80%周次循环后,一部分短裂纹又转向沿圆周方向且平行于表面扩展,并具有长裂纹扩展特征。利用垂直短裂纹的这种不扩展特性及其可跟踪性,将其转向扩展作为区分长短裂纹分界点判据。根据这种判据,实验测得残余拉压应力下的寿命比为0.5~0.54,与理论计算的残余拉压应力下的寿命比0.333~0.375相差较大。     

对接粘接结构的扭转疲劳损伤行为研究

通过圆柱对接试件的扭转疲劳实验,分析了平均剪应力、剪应力幅值和循环周期3个因素对粘接结构的应变变程、应变率和疲劳寿命的影响.结果表明:平均剪应力对粘接结构的循环加载应力-应变响应影响很大.在平均剪应力非零的情况下,有棘轮应变出现,并且棘轮应变随着平均剪应力的增加而增加,棘轮应变率也随之增加;在改变剪应力幅值,而平均剪应力为零的情况下,虽然粘接试件没有出现棘轮效应,但由于循环蠕变和循环软化的原因,循环加载的应力-应变的曲线斜率随着剪应力幅值的增加出现下降的趋势,剪应力幅值增加,应变变程也随之增加,同时剪应力幅值越高应变稳定期越短;在改变循环周期情况下,应变变程影响不大,只是随着循环周期的缩短,后期的循环软化略有增加;在疲劳寿命影响方面,随着平均剪应力和剪应力幅值的增加,疲劳寿命都明显下降,但循环周期对粘接试件的扭转疲劳寿命的影响不大.     

桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响

目的研究沥青混凝土桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,提出合理的铺装层厚度与弹性模量.方法建立正交异性钢桥的有限元模型,并与试验结果进行对比,验证正交异性钢桥有限元模型及其边界条件的有效性;选取易产生疲劳裂缝4个典型位置的构造细节进行有限元分析,从而找到桥面铺装层厚度、弹性模量等铺装层参数对正交异性钢桥面板疲劳细节处应力幅的影响趋势;验算疲劳细节应力幅值是否小于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中疲劳S-N曲线中相应疲劳细节的200万次循环疲劳强度35 MPa.结果当铺装层厚度自60 mm增加到100 mm时,疲劳细节的等效应力幅值逐渐下降,且呈线性递减趋势;铺装层厚度为70 mm时,其弹性模量应不小于5 000 MPa为宜;当其模量自1 000 MPa增加到10 000 MPa时,不同疲劳细节的等效应力幅值呈非线性下降趋势.当其模量增加到8 000 MPa时,疲劳细节的等效疲劳应力幅趋于稳定;铺装层材料的模量为3 000 MPa时,其铺装层厚度应不小于80 mm为宜.结论 4种疲劳细节中,与钢桥面板接触的疲劳细节其疲劳性能受铺装层厚度、铺装层模量影响比其他疲劳细节大.桥面铺装层能有效地降低疲劳细节的等效疲劳应力幅,改善正交异性钢桥面板的疲劳性能.     

淬火温度对冷轧辊用86CrMoV7钢接触疲劳性能的影响

表层疲劳剥落是冷轧辊失效的主要方式之一。剥落是在接触负荷下表层裂纹萌生、扩展的断裂过程,与其组织结构及残余应力状态有关。 本文研究了淬火温度对86CrMoV7钢接触疲劳性能的影响。在840℃～950℃温度范围内淬火时,840℃淬火试样接触疲劳寿命最高;870℃淬火寿命最低。淬火温度不同,硬度在62.5～64.5HRC,残余应力在-46.7～-82.48Kgf/mm~2范围内。接触疲劳试验后硬度和