微动疲劳强度及寿命估算研究

《微动疲劳强度及寿命估算研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要微动疲劳是航空、航天、交通、核工业设施和人体植入关节材料等的重要失效形式之一，其损伤过程中接触区应力的分布因表面磨损作用而复杂化，且随时间不断改变，致使微动疲劳强度或寿命估算模型的建立较为困难，由于微动疲劳将导致构件疲劳强度的显著降低或早期疲劳断裂，造成突发性的灾难事故，故对构件微动疲劳强度或寿命进行估算极为重要。本文以通用有限元分析软件ANSYS为工具，计算了微动接触应力的分布。研究了磨损对微动疲劳裂纹萌生的影响，设计了微动磨损试验装鼍，提出了基于断裂力学方法的微动疲劳寿命估算方法，拟为航

2、空结构安全性提供技术支持。主要研究结论如下：(1)结合我们自己的微动疲劳实验装置，用ANSYS有限元分析软件建立计算模型，验证了所建模型的正确性，计算了微动接触应力的分布，计算结果表明：名义接触压力与摩擦因数一定时，随着循环载荷的增大，接触面上粘着区、滑动区和张开区发生变迁，其中粘着区不断减小，而滑动区和张开区不断增大，拉应力与剪应力在粘／滑交界处存在突变，扩展性裂纹将在这一区域萌生；固定循环载荷及名义接触压力时，随着摩擦因数的减小，粘着区减小，滑动区增大，而张开区几乎不变，拉应力与剪应力较大的

3、突变出现在粘／滑交界处，扩展性裂纹仍萌生在该位置，并随摩擦因数减小向内侧移动：循环载荷及摩擦因数一定时，随着名义接触压力的增大，粘着区和张开区减小，而滑动区呈现出先增大后减小特征，拉应力与剪应力分布较大突变的粘／滑交界区向接触面外侧移动，此处仍是裂纹萌生几率最大的位置之一，另外在滑／张开交界处拉应力与剪应力由于同样存在较大的突变，此处也是扩展性裂纹易萌生的区域。(·2)提出了基于断裂力学基础的微动疲劳裂纹扩展寿命估算方法，其关键是求得接触面上的接触力P(X)和f(x)的分布，用ANSYS有限元软

4、件可以计算出接触力的分布，并用所提出的微动疲劳裂纹扩展寿命估算方法估算了扩展寿命为主的微动疲劳试验，估算结果与实验结果相当吻合，说明估算方法是正确的。(3)研究了微动磨损对微动疲劳裂纹萌生位置的影响，随着磨损的增大，始发裂纹萌生的位置由微动接触区外侧边缘向内侧转移，形成一条由磨损引起的损伤带，．裂纹萌生在拉应力及其应力梯度最大的桥足外接触边缘处。(4)以常规疲劳试验机为微动驱动结构，设计了满足常温和高温环境下材料微动磨损行为评价的试验装置。关键词：微动疲劳；接触力学；裂纹；寿命；有限元分析；微动

5、磨损号-E!E!昌—tE±!自-E=!=__j々=曩II==詈=_!自!jE!s=■E!，!_-!!=_-j自!目_lE目e目-l==E_E!E目·_=口目A·E0目墨ctbStraAbstracl：Frettingfatigueisoneofimportantfailurcfolmsofaviation．astronavigution．communication，anclearindustryfacilityandmaterialsofhumanimplantarticulationandso

6、on．Intheprocessoffrettingdamagethestressdistributiononcontactzoneiscomplexbecauseofwearingoncontactsurface．Thestressdistributioncontinuouslychangeswiththetime．Soitisverydifficultfortheestablishmentofestimatingmodeloffrettingfatiguestrengthandlife．Fre

7、ttingfatiguecallleadtosignificantreductionoffatiguestrengthorfatigueeractureinearlYstage，thesecanmakeunplannedcatastrophicaccident．Soitisveryimportanttoestimatefrettingfatiguestrengthandlifeofcomponent．UniversalfiniteelementanalysissoftwareANSYSactas

8、atoolinthispaper,thedistributionoffrettingcontactstresswascalculated．thewearinginfluenceoniIlitiationoffrettingfatiguecrackswasstudied，thefrettingweartestapparatuswasdesigned，anestimationmethodbasedfracturemechanicsofthefrettingfatiguelifewaspresente