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《浙江工业大学》 2006年
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45钢微动疲劳损伤及其寿命影响因素研究

陈水生  
【摘要】:微动疲劳损伤广泛存在于各种机械构件中,主要发生在两接触面且受交变载荷作用的构件上,如螺栓,轴承,键槽和榫槽等。交变载荷引起的微动能促使疲劳裂纹在接触面上早期萌生和加速扩展,最后导致构件在大大低于材料疲劳极限,大大降低构件的疲劳寿命,甚至造成灾难性事故。 本文通过45钢微动疲劳实验,对微动疲劳损伤机理及微动疲劳寿命影响因素进行了探讨。首先对试样在微动疲劳损伤不同阶段的微动接触区表面形貌及磨屑层进行了微观观察分析,结合摩擦系数等参数,研究了试样在微动疲劳损伤过程中损伤形式的演变过程及其损伤机理。其次运用接触理论分析了接触表面的应力分布及接触表面附近应力场,并根据试验微动接触副的几何结构和接触类型,建立微动接触的有限元模型,采用该计算模型获得了接触表面的应力分布及接触表面附近的应力场;结合相应接触参数分析了不同接触压力向交变轴载荷的极限情况(接触压力为120MPa,交变应力幅240MPa),获得交变载荷下微动接触的切向摩擦力f、相对滑移距离δ及最大拉伸载荷σ_T等值,从而实现了微动接触的数值分析。实验方面,自主设计带两个微动桥的微动试验装置,实现了控制不同的垂直载荷,在轴向正弦交变载荷下可实现控制各种微动疲劳影响因素,如平均接触压力p、交变应力幅S_a、切向摩擦力f及相对滑移幅δ。最后得到五种不同接触压力(0,30,60,90和120MPa)与七种不同最大轴向交变应力幅(120,140,160,180,200,和240MPa)下45钢S-N曲线;结果表明试样疲劳寿命随着N平均接触压力p增加而减小。对结果进行数值拟合,实现了曲线的公式化。最后,通过微观观测对不同循环周次的试样表面观察,探讨了微动磨损过程及机理;并根据试样断裂位置及断口方向,分析总结出微动疲劳微裂纹萌生位置与扩展方向。其结果与基于Ruiz裂纹萌生准则参数的ANSYS模拟结果一致。 在数值模拟结果与试验结果基础上,总结分析了微动疲劳损伤机理及寿命的影响因素及原因。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG115.5

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【引证文献】
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1 郝慧娇;中碳钢轴类构件的微动磨损特性及其对疲劳寿命的影响[D];兰州理工大学;2011年
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【参考文献】
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【同被引文献】
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