弯曲微动疲劳失效机理的研究

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1、ClassifiedIndex：0344U．D．C：531SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationSTUDYONIt～ILUREMECHANISMOFBENDINGFRETTINGFATIGUEGrade：2008Candidate：DingJunAcademicDegreeAppliedfor：DoctorDegreeSpeciality：SolidMechanicsSupervisor：KangGuozhengApr．，2013西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者

2、完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密矿使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)指导老师签名：粥渺L後唧．哆月J”

3、

4、於廊．签≯糍≥作玑划瑚彩日西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的

5、内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：(1)进行了调质42CrMo钢和6061．T6铝合金的弯曲微动疲劳实验，分析了常规弯曲疲劳与弯曲微动疲劳之间的差异，讨论了不同弯曲载荷峰值对弯曲微动疲劳寿命的影响，揭示了这两种材料的弯曲微动损伤演化特性。(2)将Ohno．Abdel．Karim非线性随动硬化模型和各向同性硬化模型结合的循环弹塑性本构模型通过UMAT用户子程序移植到有限元软件ABAQ

6、US中。(3)提出了将弯曲微动的三维有限元模型简化为二维有限元模型的载荷转换方法，并验证了其合理性。(4)通过ABAQUS有限元软件，分析了LZ50钢、316L不锈钢、调质42CrMo钢和6061．T6铝合金这四种材料弯曲微动过程的应力和应变分布，研究了循环弯曲载荷、法向载荷和摩擦系数等因素对这四种材料弯曲微动过程的影响。(5)通过弯曲微动疲劳实验研究和相应的有限元数值分析，讨论了LZ50钢、316L不锈钢、调质42CrMo钢和6061．T6铝合金这四种材料的弯曲微动疲劳失效特性，并采用SWT临界面法对弯曲微动疲劳裂纹萌生的位置和寿命进行了

7、预测，为弯曲微动疲劳失效的防护提供有力的依据。学位论文作者签名：J彼日期：a。鲜罗月7日西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要微动疲劳是指结构件在外界疲劳载荷作用下，两个接触表面之间发生微米级的相对运动，从而导致结构件疲劳强度的降低或发生早期断裂的现象。微动疲劳广泛存在于航空、交通运输和海洋工程等领域的各种工程结构件中，比如：涡轮发动机、轮轴过盈配合、高空电力导线和螺栓等，它是这些结构件最主要的失效形式。要合理评估这些结构的安全性和可靠性，必须首先揭示微动疲劳的损伤特性和失效机理。根据外界交变疲劳载荷类型的不同，微动疲劳可分为拉压微动疲劳

8、、弯曲微动疲劳和扭转微动疲劳。近几十年来，各国研究者对微动疲劳进行了许多研究，在实验研究、数值模拟和理论分析方面都取得了诸多的成果。然而目前已有的研究绝大多数都是关于拉压微动疲劳的，对弯曲微动疲劳和扭转微动疲劳的研究还很少，其研究还不够全面和系统。LZ50钢(循环稳定材料)、316L不锈钢(循环硬化材料)、调质42CrMo钢(循环软化材料)和6061．T6铝合金(循环软化材料)这四种材料由于各自良好的力学性能，常被用于制备列车轮轴等零部件，在其服役过程中会承受弯曲载荷而产生弯曲微动疲劳，因此，本文选用这四种材料进行弯曲微动疲劳的相关研究，继

9、而揭示弯曲微动疲劳的失效特性，为弯曲微动疲劳的防护工程提供有力的依据和重要的参考价值。为了揭示这四种材料的弯曲微动疲劳的失效特性，本论文主要开展了以下研究工作：1．对调质42CrMo钢和6061．T6铝合金进行弯曲微动疲劳与常规弯曲疲劳实验，比较弯曲微动疲劳与常规弯曲疲劳之间的差异。通过系统的弯曲微动疲劳实验，研究疲劳寿命和循环弯曲载荷之间的关系；通过观察弯曲微动疲劳试样在不同弯曲载荷下的形貌和不同阶段的微动损伤情况，揭示弯曲微动过程的损伤演化特性。2．将能够合理描述循环硬化、循环稳定和循环软化等特性的循环弹塑性本构模型通过UMAT用户子程

10、序移植到ABAQUS中用于弯曲微动过程的数值模拟。3．基于弯曲微动疲劳实验，通过三维有限元模型的等效载荷转换建立了简化的二维平面应变模型，并验证了其合理性。4．采用新发展并移植的