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微动疲劳损伤机理及其防护对策的研究

张明  
【摘要】: 微动疲劳损伤广泛存在于各种机械构件中。微动疲劳损伤会加速受微动作用构件的接触表面及表层裂纹的萌生和扩展,从而大大降低构件的疲劳寿命,甚至造成灾难性事故。本文通过进行微动疲劳实验,并结合有限元分析,对微动疲劳损伤机理和防护措施进行了较为系统深入的研究。主要内容包括: 1、通过进行微动疲劳实验,对试样在微动疲劳损伤不同阶段的微动接触区表面相貌、损伤区截面以及磨屑层等对象进行了观察分析,并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。 2、研究了TC4钛合金表面激光淬火技术对微动疲劳损伤机理和微动疲劳寿命的影响。本文中以TC4钛合金试样表面激光淬火为研究对象,对微动疲劳损伤防护技术进行了实验研究。结合实验结果,分析了激光表面淬火技术对提高构件抗微动疲劳损伤能力和微动疲劳寿命的效果,并对其机理进行了研究。 3、根据微动接触副的几何结构和接触状态,建立了微动疲劳损伤的有限元模型,并采用该模型进行了有限元计算分析。实验结果验证了该模型的正确性和准确性。该微动疲劳损伤有限元计算模型实现了对微动疲劳损伤的数值化分析,从而简化了研究过程。该模型对于准确确定微动过程中微动接触副接触表面及其附近(以及构件整体)的应力变化过程具有重要作用。 4、在实验研究和有限元建模分析的基础上,对微动疲劳损伤过程和损伤机理的规律进行了总结,并确定了微动疲劳损伤的主要损伤机制和防护重点。研究结果对于进一步系统认识微动疲劳损伤机理,进而采取有针对性的微动疲劳损伤防护对策具有积极意义。


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