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1070钢滚动接触疲劳寿命预测

庄力健  
【摘要】: 滚动接触疲劳为疲劳的形式之一,在工业生产中,有很多工件如铁轨、滚动轴承、轧辊等的失效是由滚动接触疲劳引起的。本文提出了一个基于多轴疲劳损伤准则的滚动接触疲劳寿命预测的新方法。 首先基于Jiang和Sehitoglu的循环塑性本构模型构筑了我国轮轨常用材料1070钢的循环本构关系,并通过用户材料子程序UMAT将模型嵌入到ABAQUS中。有限元计算采用二维线性滚动接触理论模型,反复滚动过程通过在接触表面上移动法向分布压力和切向分布力来模拟,分布力通过随时间变化的集中节点力幅值函数施加,节点力幅值函数在有限元计算之前由高斯积分计算得出。然后将有限元计算得到的接触区域的弹塑性应力应变场,代入到基于塑性应变能、临界平面概念以及材料循环塑性记忆效应的多轴疲劳损伤模型中,给出了滚动接触的启裂寿命、启裂位置和裂纹扩展方向。 本文用该方法计算了1070钢在不同局部滑动条件ζ(ζ=Q/fp,p为法向压力,Q为切向力,f为摩擦系数)和各种法向压力下的启裂寿命、启裂位置和裂纹扩展方向。结果显示,局部滑动条件ζ对疲劳寿命和启裂位置都有非常重要的影响。当ζ=±1(纯滑动)时,启裂位置绝大多数发生在次表面,而对于其它的ζ均在接触表面启裂。 利用该预测滚动接触疲劳寿命的方法,可对滚动接触的启裂寿命、启裂位置和裂纹扩展方向进行准确模拟计算,为滚动接触裂纹寿命的预测提供了一个崭新的途径。


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