彎曲微動疲勞失效機(jī)理的研究.pdf

1、微動疲勞是指結(jié)構(gòu)件在外界疲勞載荷作用下，兩個接觸表面之間發(fā)生微米級的相對運(yùn)動，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的降低或發(fā)生早期斷裂的現(xiàn)象。微動疲勞廣泛存在于航空、交通運(yùn)輸和海洋工程等領(lǐng)域的各種工程結(jié)構(gòu)件中，比如:渦輪發(fā)動機(jī)、輪軸過盈配合、高空電力導(dǎo)線和螺栓等，它是這些結(jié)構(gòu)件最主要的失效形式。要合理評估這些結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，必須首先揭示微動疲勞的損傷特性和失效機(jī)理。根據(jù)外界交變疲勞載荷類型的不同，微動疲勞可分為拉壓微動疲勞、彎曲微動疲勞和扭轉(zhuǎn)微

2、動疲勞。近幾十年來，各國研究者對微動疲勞進(jìn)行了許多研究，在實(shí)驗研究、數(shù)值模擬和理論分析方面都取得了諸多的成果。然而目前已有的研究絕大多數(shù)都是關(guān)于拉壓微動疲勞的，對彎曲微動疲勞和扭轉(zhuǎn)微動疲勞的研究還很少，其研究還不夠全面和系統(tǒng)。LZ50鋼（循環(huán)穩(wěn)定材料）、316L不銹鋼（循環(huán)硬化材料）、調(diào)質(zhì)42CrMo鋼（循環(huán)軟化材料）和6061-T6鋁合金（循環(huán)軟化材料）這四種材料由于各自良好的力學(xué)性能，常被用于制備列車輪軸等零部件，在其服役過程中會承

3、受彎曲載荷而產(chǎn)生彎曲微動疲勞，因此，本文選用這四種材料進(jìn)行彎曲微動疲勞的相關(guān)研究，繼而揭示彎曲微動疲勞的失效特性，為彎曲微動疲勞的防護(hù)工程提供有力的依據(jù)和重要的參考價值。
　　為了揭示這四種材料的彎曲微動疲勞的失效特性，本論文主要開展了以下研究工作:
　　1.對調(diào)質(zhì)42CrMo鋼和6061-T6鋁合金進(jìn)行彎曲微動疲勞與常規(guī)彎曲疲勞實(shí)驗，比較彎曲微動疲勞與常規(guī)彎曲疲勞之間的差異。通過系統(tǒng)的彎曲微動疲勞實(shí)驗，研究疲勞壽命和循環(huán)彎

4、曲載荷之間的關(guān)系;通過觀察彎曲微動疲勞試樣在不同彎曲載荷下的形貌和不同階段的微動損傷情況，揭示彎曲微動過程的損傷演化特性。
　　2.將能夠合理描述循環(huán)硬化、循環(huán)穩(wěn)定和循環(huán)軟化等特性的循環(huán)彈塑性本構(gòu)模型通過UMAT用戶子程序移植到ABAQUS中用于彎曲微動過程的數(shù)值模擬。
　　3.基于彎曲微動疲勞實(shí)驗，通過三維有限元模型的等效載荷轉(zhuǎn)換建立了簡化的二維平面應(yīng)變模型，并驗證了其合理性。
　　4.采用新發(fā)展并移植的棘輪循環(huán)本構(gòu)