燕尾榫结构微动疲劳寿命预测方法研究

摘要

微动损伤是工程中最为常见、最普通的一种损伤形式，微动疲劳损伤可以加速受微动作用构件的表层疲劳裂纹的萌生和扩展，降低构件的寿命，甚至造成灾难性的事故。目前，国内大量的工作都集中在微动损伤机理的研究，对微动疲劳寿命的预测还处于研究和探索阶段，因此，研究微动损伤及其寿命预测具有重要的工程应用价值。 发动机叶片与轮盘连接处的榫结构由于受到复杂的载荷，因而导致严重的微动损伤发生。本文首先对微动磨损的机理以及寿命预测方法给予简要的介绍，在此基础上，基于ANSYS软件建立了燕尾榫结构的有限元模型，通过燕尾榫结构的强度分析，获得了榫槽和榫头接触面上有关微动特征参数的分布趋势，据SWT参数预测了微动裂纹萌生的位置，预测结果与试验结果相吻合,并且基于Coffin—Manson方程，获得了一种改进的微动疲劳寿命预测模型。其次，根据燕尾榫结构微动疲劳试验中获得的应变监测曲线，基于有限元计算确立了微动疲劳裂纹长度与试验寿命之间的关系，并据此给出了燕尾榫结构裂纹长度为0.2mm时的微动疲劳试验寿命，基于该试验寿命验证了本文所建立的微动疲劳寿命预测模型。最后，对影响微动疲劳的摩擦系数、底角等有关参数进行了分析。结果表明：在工程实际运用中，可以通过减小摩擦系数来提高燕尾榫结构的疲劳强度。此外，燕尾榫底角选择在40~45度左右具有较好的疲劳强度，微动磨损以及应力集中程度较轻，其微动疲劳寿命也较长。