断裂力学和有限元法在疲劳磨损研究中的应用

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1、JournalofMechanicalStrength机械强度2001,23(3):365~368p研究简报pX断裂力学和有限元法在疲劳磨损研究中的应用APPLICATIONSOFFRACTUREMECHANICSANDFINITEELEMENTMETHODINFATIGUEWEARXX薛玉君程先华黄文振(上海交通大学机械工程学院,上海200030)XUEYujunCHENGXianhuaHUANGWenzhen(SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUni

2、versity,Shanghai200030,China)摘要综述了近年来国外应用断裂力学和有限元法研究疲劳磨损的进展和现状。主要评述了以线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学理论为基础,借助于有限元法分析疲劳裂纹的萌生、裂纹的扩展方向和扩展速率,以及疲劳磨损机理的热$机械耦合应力分析方法。目前疲劳磨损的研究主要集中于应用断裂力学建立恰当的磨损模型,用有限元法进行参数定量计算和疲劳裂纹行为的数值模拟。但关键问题在于确定合理的有限元分析模型。最后探讨了今后研究的方向。关键词断裂力学有限元法疲劳磨损磨损机理中图分类号O34

3、6.1TB115TH117.1AbstractAchievementsofapplyingfracturemechanicsandfiniteelementmethodtofatigueweararesummarized.Theanalysesofthecracknucleation,propagationdirectionandpropagationrateduringcontactfatiguewearbymeansofthefiniteelementmethod,whichisbasedonlineare

4、lasticfracturemechanicsandelastic-plasticfracturemechanics,thethermomechanicalstressanalysesoffatiguewearmechanismshavealsobeenreviewed.Recently,researchoffatiguewearisfocusedonproposingaproperwearmodelusingfractureme-chanicsandthefiniteelementmethodtothepar

5、ametersquantitativecalculationandnumericalsimulationofthefatiguecrackbehavior.However,thekeyproblemistoestablishthereasonablefiniteelementanalysismodels.Finally,thefuturedirectionsintheresearchoffatiguewearhavebeensuggested.KeywordsFracturemechanics;Finiteel

6、ementmethod;Fatiguewear;WearmechanismCorrespondent:XUEYujun,E-mail:yjxue817@mail1.sjtu.edu.cn,Fax:+86-21-52581413Manuscriptreceived20000722,inrevisedform20000907.了对疲劳磨损机理的认识。1引言本文综述了近年来国外应用断裂力学和有限元法疲劳磨损是指两个接触体相对滚动或滑动时,在研究疲劳磨损机理的进展和现状,并探讨了今后研究接触区形成的循环应力超过材料的疲

7、劳强度的情况工作的方向。下,表面层将引发裂纹并逐步扩展,最后使裂纹以上的[1]2断裂力学研究的主要内容及其有限元法材料剥落下来的磨损过程。它是一种相当普遍的磨损形式,不仅在滚动接触,而且在滑动接触及其他磨损断裂力学是固体力学的一个分支,主要研究以断形式(如磨粒磨损、微动磨损、冲蚀磨损等)中也都发现裂为主的破坏和载荷作用下裂纹扩展的规律,通常分了不同程度的表面疲劳过程。在机械、运输、航空航为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。线弹性断裂力天、核电等行业,导致材料早期失效和零部件发生突然学仅适用于塑性区尺寸远小于裂纹尺

8、寸以及裂纹体仍断裂与破坏的主要原因是由于疲劳裂纹的萌生与扩然具有近似弹性性能的情况,它是利用弹性力学的方展。因此,对疲劳磨损机理的研究一直受到普遍关注。法分析裂纹尖端的应力场、位移场以及与裂纹扩展有20世纪70年代,美国麻省理工学院N.P.Suh教授提关的能量关系,可用作脆性材料的断裂分析;弹塑性断[2]出的磨损的剥层理论是一种典型的疲劳磨损机制和裂力学适用于裂纹尖端的塑性区尺寸已接近