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1、JournalofMechanicalStrength2005,27(4):504~509X微动接触应力的有限元分析FINITEELEMENTANALYSISFORFRETTINGCONTACTINGSTRESSES刘军XX刘道新刘元镛唐长斌(西北工业大学航空学院,西安710072)LIUJunLIUDaoXinLIUYuanYongTANGChangBin(AviationCollege,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xican710072,China)摘要以方足微动桥P试样接触几何条件为研究对象,应用ANS
2、YS有限元分析软件对其接触面上的应力分布进行弹性有限元分析,验证用ANSYS所建计算模型的正确性,分别计算不同名义接触压力和不同摩擦因数条件下接触状态(粘着区、滑动区、张开区)和接触面应力分布,选取不同水平的循环载荷进行计算,研究接触状态和应力分布随循环载荷的变化情况。结果表明,微动疲劳过程中接触表面拉应力与剪应力在接触面的粘P滑交界区存在突变,微动疲劳裂纹正是在这一区域内萌生并扩展,计算结果与实验结果吻合很好。关键词微动接触摩擦因数有限元法中图分类号TH117O313.5AbstractAfrettingfatiguecontactgeometryo
3、faspecimencontactingarectangularfrettingpadwasstudied.DistributionofelasticstressesonthecontactsurfaceofthespecimenandtherectangularpadwasanalyzedindetailusingafiniteelementsolverANSYS.Thecorrectionofthefiniteelementmodelwasverified.Thecontactingstatus(sticking,slidingandopening
4、)andcontactstressesonthecon2tactsurfacewerecalculatedtoinvestigatetheeffectofthenominalcontactpressureandfrictionalcoefficientonthedistributionofthecon2tactstress.Theinfluenceoftheloadonthedistributionofthethreezonesandstressoncontactsurfacewasalsoanalyzedatdifferentloadlevel.Th
5、eresultsshowthatthereexistmixedstickingPslidingzoneonwhichthetensilestressandshearstresschangefiercelyinprocessoffretting.Thefatiguecrackswillnucleateatthezoneandthenpropagate.Thesomecalculatedresultsareinagreementwiththeobser2vationbyexperiment.KeywordsFrettingcontact;Frictiona
6、lcoefficient;FiniteelementmethodCorrespondingauthor:LIUDaoXin,E2mail:liudaox@nwpu.edu.cn,Tel:+86229288491479TheprojectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50171054)andtheAviationScienceFoundation(No.01H53066).Manuscriptreceived20041202,inrevisedform20050216.切
7、向应力与循环宏观轴向应力的合成剪应力,导致倾1引言斜裂纹的萌生。在循环外载作用下接触界面上出现可微动疲劳(frettingfatigue,FF)是指承受疲劳载荷的变的粘P滑接触区,其内部交替变化的拉应力分布状态构件由于在接触部位同时存在微小位移幅度的摩擦磨控制着微裂纹的早期扩展,当倾斜裂纹扩展远离微动损而加速的失效破坏过程。微动作用促进接触表面磨表面一定距离时,拉应力的作用将大幅减小,平行于接损失效、微裂纹形成和早期扩展,加速构件的疲劳断触面的轴向循环应力起主导作用,裂纹扩展由Ò型转[2]裂。变为Ñ型,因此,分析微动接触应力的分布是定量研微动疲劳是航空
8、、航天、交通、核工业设施和人体究微动疲劳的关键。然而在微动疲劳过程中接触区应植入关节材料等的重
