具有“滚动-滑动”接触特征微动疲劳机理分析

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1、上海交通大学硕士论文摘要具有“滚动-滑动”接触特征的微动疲劳机理分析摘要微疲劳损伤广泛存在于各种机械接触变载荷作用的构件上，如螺栓，轴承，键槽和榫槽等。微动疲劳会加速受微动作用构件的接触处表面及表层裂纹的萌生和扩展，在微动疲劳的早期阶段裂纹生长速率较高，导致了微动条件下金属构件过早失效，大幅度降低长寿命构件寿命。因此，研究微动疲劳裂纹的萌生和扩展行为具有重要的实际意义。本文通过对具有“滚动-滑动”接触特征的典型构件进行数值分析和仿真研究，探讨微动疲劳萌生机理及微动疲劳寿命影响因素。首先，针对微动疲劳的主要影响参数对微动疲劳裂纹萌生应力

2、应变情况进行数值分析。提出了一种具有“滚动-滑动”微动特征的微动疲劳裂纹萌生的控制模型。该模型提供了复合滚动微动和滑动微动的主要影响因素的综合控制参数，该参数能够对微动裂纹萌生的位置进行预测。其次，应用断裂力学的平均应变法对微动疲劳寿命进行预测。根据典型的具有“滚动-滑动”特征的微动接触副的几何结构，建立了微动接触有限元模型；基于该计算模型能够求得接触表面的应力场；通过修改相应的接触参数分析了纯滚动、纯滑动以及“滚动-滑动”三种典型工况下微动疲劳裂纹萌生寿命和微动疲劳裂纹总体寿命；并进一步分析了接触压力、摩擦系数、载荷频率对微动裂纹萌

3、生及微动疲劳寿命的影响。最后，对工程实际中的具有典型“滚动-滑动”特征的三种微动疲劳失效实例：燕尾榫联接配合微动疲劳、轴承钢球微动疲劳以及柱面-平面接触微动疲劳进行了数值计算和仿真分析，并将分析计算结果并与实际失效进行对比分析，结果比较吻合。全文系统分析了微动振幅、法向压力、以及摩擦系数对微动疲劳损伤机影响规律。I上海交通大学硕士论文摘要关键词：滚动-滑动，微动疲劳，损伤机理，有限元分析，失效实例IISHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYABSTRACTTHEMECHANISMRESEARCHONROLLING-SLID

4、INGFRETTINGFATIGUEABSTRACTFrettingfatiguedamagewidelyliesinmachinecomponentswhichinterfacesbearalternatingload，suchasbolts，axletrees，slotsandtenors.Frettingfatiguewillacceleratethecrackinitiationandgrowthonthesurfaceandthesub-surfaceofthefrettingcontactcomponents.Inthee

5、arlystages,frettingfatiguecrackgrowesfast,whichleadstoearlyfailureofmetalcomponentsandcauseasignificantreductionontheworkinglife.Therefore,thestudyoffrettingfatiguecrackinitiationandgrowthbehaviorissignificantlyimportant.Inthisstudy，thefrettingfatiguenumericalanalysisan

6、dsimulationisperformed，thefrettingcrackinitiationprocessandtheinfluencefactorsonfrettingfatiguelifeisanalyzedsystemically.Firstly，accordingtotheimportantfactorsofthefrettingfatiguecrackinitiation,anumericalanalysismethodisadoptedtocalculatethestressandstrainofthecontact

7、bodies.Then,apredictionmodelisproposedtopredictthelocationofcrackinitiation.ThemodelintroduceacontrolparameterW,whichconbinethedeterminantfactorsonslidingfrettingandrollingfretting,andpredictthelocationofthecrackinitiationaccordingtothecontrolparameterW.Secondly,thefret

8、tingfatiguelifeispredictedbyemployingtheaveragestrainmethodinfracturemechanics.Then,inaccordancewiththegeometr