微动疲劳

摘要： 工作中的两部件由于受到循环载荷作用产生微动,加上接触区边缘的高应力梯度,会导致部件接触表面损伤、产生裂纹,进而造成微动疲劳,严重降低零部件的使用寿命。针对常见微动疲劳问题,利用有限元软件ABAQUS进行数值分析,得到接触区的最大接触应力,与牛津大学Hills提出的接触理论计算得到的解析结果进行对比,验证有限元模型的准确性,分析法向载荷、轴向载荷对相对滑移、接触应力、等效应力、Ruiz参数κ_(2)等的影响,进而确定其对微动疲劳的影响。综合分析结果,微动疲劳多发生在两部件接触区的边缘,且微动疲劳问题主要与滑移幅值及接触区的状态密切相关。

摘要： 采用比例车轴试样进行了微动疲劳试验,试验后观察了车轴微动区的微动磨损与微动疲劳损伤,并测量了车轮、车轴配合面磨损轮廓。试验结果表明,车轴轮座边缘微动区的磨损机理主要是磨粒磨损、剥层和氧化磨损。车轴微动疲劳裂纹萌生于微动区内部,初始裂纹角度与车轴径向方向成29°。随着裂纹的扩展,裂纹角度逐渐减小。此后,基于测量的磨损轮廓建立了有限元模型,仿真研究了微动磨损对铁路车轴微动疲劳的影响。研究发现,微动磨损移除了轮座边缘材料,缓解了轮座边缘的应力集中。同时,微动磨损在微动区内部磨损/未磨损边界引入新的应力集中,促进了微动区内部的裂纹萌生。

摘要： 对比例车轴进行了微动疲劳试验,试验后对车轴轮座微动损伤进行了观察,并测量了车轴和车轮的微动磨损轮廓。此后,在考虑微动磨损的情况下,仿真研究了疲劳载荷周次对铁路车轴微动疲劳的影响。研究发现:车轴微动损伤区宽度几乎不受疲劳载荷周次的影响,而轮座边缘微动损伤随载荷周次增加而增加。低载荷周次和高载荷周次时,车轴微动区氧化物分别以黑色和红褐色为主。车轴、车轮的磨损宽度和深度随载荷周次增加而增加,这使得车轴轮座真实应力增加,最终导致车轴在较低的应力水平下萌生微动裂纹。车轴微动疲劳强度随载荷周次增加而降低,采用10^(7)周次疲劳试验获得的微动疲劳强度指导车轴设计偏于危险。

摘要： 2台分别使用了2、10 a的功率为2986 kW的减速机,先后因高速轴表面剥裂和断裂而失效。通过对其形貌观察和断口分析可知,该失效均与微动磨损、微动冲击和疲劳损伤有关,且是一种少见的轴−毂疲劳失效模式。剥裂失效的轴未断裂,而是沿轴的圆周深层疲劳剥落。断裂失效的轴,其断口具有复杂的碎裂形貌,很难对断口发生的原因进行分析。轴的剥裂和断裂失效模式目前尚无理论解释。本研究将2种失效模式称之为扭转微动多冲疲劳失效,国内外尚无相关研究内容,有必要进一步研究和探讨扭转微动多冲疲劳失效的原因和失效机理,从而提出相应的预防措施。

摘要： 为了提高涡轮榫连接结构的微动疲劳寿命,以涡轮榫连接结构上齿模拟件为研究对象,建立了其参数化有限元模型,并对结构的特征参数开展了灵敏度分析,确定了对微动疲劳寿命影响最大的5个参数为设计参数。基于多学科优化平台ISIGHT集成ANSYS和MATLAB,实现了优化过程的自动化。分别采用序列二次规划算法和多岛遗传算法,在满足几何约束和强度约束的条件下,完成了榫连接结构抗微动疲劳损伤优化设计,并进行了试验验证。优化结果表明,两种优化算法均能有效地延长榫连接结构微动疲劳寿命,且序列二次规划算法可以较少的迭代次数得到较好的优化结果。

摘要： 目的提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法利用激光冲击强化(LSP)技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜(LCSM)、X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50μm增加到了强化后的1.01μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。

摘要： 微动疲劳易引起钢丝表面磨损和横截面积损失,进而造成钢丝断裂失效并缩短钢丝绳使用寿命。不同微动疲劳参数(接触载荷、疲劳载荷、钢丝直径和交叉角度)引起差异的钢丝微动疲劳磨损特性,故研究微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化规律影响至关重要。基于摩擦学理论和Marc仿真软件构建钢丝微动疲劳磨损模型,探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度和钢丝直径对钢丝微动疲劳磨损演化的影响规律。结果表明:钢丝微动疲劳磨损体积主要与接触载荷和疲劳载荷有关;疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积随着接触载荷的增加而增大,且不同接触载荷下疲劳钢丝磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;随疲劳载荷幅值的增加,疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积均呈增加趋势;在不同疲劳载荷范围下疲劳钢丝的磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;当接触载荷、疲劳载荷及钢丝间摩擦因数相同时,不同交叉角度和不同加载钢丝直径下疲劳钢丝的磨损体积相同。

摘要： 钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper(SWT)多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明:基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。

摘要： 柴油机机体材料ZL702A铝合金的微动疲劳实验中,裂纹形核于接触后缘,且在拉应力下裂纹处于闭合状态,在压应力下裂纹处于张开状态.本文针对该特殊的开闭机制采用有限元进行分析.首先利用累计耗散能的概念确定了裂纹萌生的位置,运用SWT参数法和MTS准则法模拟得到的裂纹拓展路径,与实验对比发现MTS准则可以较为准确地模拟裂纹纹路径;其次运用MTS准则模拟裂纹拓展时,测量了裂纹表面的法向应力与切向应力,得出这种特殊的裂纹的开闭现象是由微动接触引起裂纹表面一侧变形造成的;最后,引入裂纹张开度参数RCOD与有效应力强度因子对Paris公式进行修正,得出具有裂纹开闭现象的微动疲劳寿命方程,对比之下发现:不考虑裂纹开闭的疲劳寿命预测值明显高于实验值,而考虑裂纹开闭的疲劳寿命预测值则与实验值一致性较好.

摘要： 通过对微动疲劳裂纹计算模型的分析与研究,结合Giannakopoulos理论基础和数值模拟分析,将喷丸形成的残余压应力引入"裂纹近似模型",对喷丸强化前后微动疲劳试样裂纹萌生倾角进行解析,并与试验结果进行对比.同时,从生长过程角度对小倾角裂纹在提升试样微动疲劳性能中的优势进行论述.结果显示,考虑残余应力影响后,Giannakopoulos理论模型在微动裂纹萌生倾角分析中具有良好适用性,同时说明了喷丸引入的表层残余应力是造成微动裂纹倾角改变的主要原因.

摘要： 高低周复合载荷下的微动疲劳失效已成为涡轮叶片的重要失效模式之一.为了探究高低周联合加载时各种工况对榫连接微动疲劳性能的影响,本文通过显式动力学有限元模型对涡轮榫连接的一级榫齿开展了微动疲劳分析.采用罚方法的接触算法和显式动力学算法,获得了不同工况下接触区应力峰值以及各方向位移的时域变化.结果表明不同的载荷和加载频率都会导致微动疲劳响应的差异.重点分析了低周载荷和高周载荷对于微动疲劳的影响,发现随着低周载荷的增大,微动疲劳接触区应力峰值和位移逐渐增大.而高周频率最小时,微动疲劳接触区的低周方向位移最大.

摘要： 利用自制多轴微动疲劳试验机考察扭转角对钢丝多轴微动疲劳行为的影响,探讨了不同扭转角下的切向力-微动振幅、扭矩-扭转角微动图演化及摩擦系数演化.结果表明:随扭转角的增加,切向力-微动振幅滞后环面积递减,扭矩-扭转角滞后回线张口均较大且有递增趋势;扭转角改变不影响钢丝间的摩擦系数.

摘要： 基于自主设计的扭转微动疲劳试验装置,深入研究不同接触应力水平对316L奥氏体不锈钢扭转微动疲劳寿命的影响,得到不同接触压力下的扭转微动疲劳寿命曲线(S-N曲线)和P-N曲线.同时结合体式显微镜、扫描电子显微镜等微观分析设备,对微动损伤区和微动疲劳断口进行系统分析,结果表明,扭转微动疲劳裂纹萌生于加载端,其裂纹与试样接触区所在轴线呈45°斜角扩展;随着接触压力的增加,316L奥氏体不锈钢扭转微动疲劳寿命呈现先减小后增大的非线性特征,这表明微动疲劳损伤受到扭转疲劳载荷、接触应力、微动摩擦位移共同控制.

摘要： 回顾了微动疲劳的发展历史,阐述了微动疲劳的特点,介绍了微动疲劳试验的原理和方法.比较和分析了三类微动疲劳试验:工程问题模拟试验、材料类比试验和理想化试验.总结了国内外微动疲劳试验的研究成果,介绍了已开展的航空发动机榫连接结构的微动疲劳试验情况.最后对微动疲劳的试验研究进行了总结和展望.

摘要： 微动疲劳造成钢丝绳失效,可视作微动磨损与疲劳的共同作用.提出延缓或削弱微动磨损和腐蚀的发生,抑制疲劳微裂纹萌生与扩展速率的技术措施对钢丝绳进行防护.使用锰系或锌锰系磷化液对钢丝表面进行处理得到制绳用磷化钢丝,可同时达到耐磨、减摩和提高耐蚀能力的综合效果,大幅度延长使用寿命,钢绳使用过程中的安全性、稳定性和经济性同步提高.

摘要： 为考察微动疲劳过程中钢丝的微动疲劳损伤演化,开展不同微动磨损深度下钢丝的微动疲劳有限元分析,研究微动磨损深度对钢丝微动面应力分布与裂纹萌生特性的影响规律.结果表明,钢丝微动面两侧边缘存在应力突变,微动磨损深度的增加导致差异的应力分布和裂纹萌生的加剧.

摘要： 失效钢丝绳内部钢丝表面存在着严重的磨损,承载时如果相邻钢丝弹性变形不同步,钢丝间就会发生相对滑动并在摩擦力作用下发生磨损,一般情况下这种相对滑动量为微米量级被称为微动,磨损使钢丝横截面减小而导致在损伤处发生应力集中,促进疲劳微裂纹在钢丝表面磨损损伤处萌生,钢丝绳围绕滑轮、卷筒变形时受到弯曲应力作用,滑轮直径越小则钢丝绳受到的弯曲应力越大,弯曲应力使疲劳微裂纹沿钢丝径向扩展几率和扩展速度升高,交变应力作用下的钢丝绳因发生微动疲劳导致绳中钢丝断裂,微动疲劳是造成钢丝绳最终损坏失效的主要原因.

摘要： 微动疲劳是造成曳引电梯钢丝绳失效的主要原因,微动疲劳既微动磨损与疲劳的共同作用.使用锰系磷化钢丝直接捻制电梯钢丝绳即磷化涂层曳引电梯钢丝绳,制绳钢丝经过锰系或锌锰系耐磨磷化处理,磷化膜可以有效提高钢丝表面的耐磨性和耐蚀性,磷化膜与润滑脂的复合作用,可以有效抑制钢丝表面微动磨损的快速发生,延迟疲劳微裂纹在钢丝表面和次表面的萌生,从而超大幅度延长曳引电梯钢丝绳的疲劳寿命(使用寿命).

摘要： 微动疲劳是大气环境中钢丝绳使用的失效原因,锰系磷化涂层钢丝绳技术可以有效抑制微动疲劳的发生并大幅度延长使用寿命,适用于多数品种钢丝绳的生产,能够完全符合现行钢丝绳国家或行业标准的所有技术要求,是光面钢丝绳的升级换代产品.多方合作可以迅速增加磷化涂层钢丝绳进入市场的数量,满足用户对高质量长寿命钢丝绳产品的需求,并将科技创新成果的社会效益最大化.

摘要： 针对航空发动机榫连接结构微动疲劳问题中接触部位的几何特性,将其简化并建立了两端带圆弧光滑平压头与平面的接触模型.从数值计算角度探讨了接触问题中的相关分析技术,采用不同的网格划分尺度对圆柱与平面的Hertz接触以及榫连接结构简化模型的接触两类典型问题进行了计算分析,并将有限元法得到的计算值与理论值进行比较分析,验证了有限元分析方法的有效性.研究表明,在榫连接结构微动疲劳接触分析中控制网格密度和选用全尺寸压头模型能提高计算精度,并且确定Sinclair判据作为求解结果收敛性的判断依据.

摘要： 本发明提出一种微动疲劳加载装置及微动疲劳试验装置，属于材料性能测试技术领域。该微动疲劳加载装置包括第一滑板，第一连杆和第一加载杆。其中，第一滑板上设有第一加载部，第一加载部与试件位于第一滑板的同侧，第一滑板能够沿滑动机构在第一方向滑动。第一连杆设于一固定架，第一连杆与试件分别位于第一滑板的两侧。第一加载杆设于第一连杆，第一加载杆能够绕第一连杆或连同第一连杆转动，第一加载杆的一端设有第一滚轮，第一滚轮抵顶第一滑板，第一加载杆的另一端设有第一加载块。该微动疲劳加载装置在加载过程中能够提供一恒定的加载载荷。

摘要： 本发明提供轴部件及其微动疲劳减轻结构、设计方法和微动疲劳强度试验装置，以减轻在轴部件的压入部产生的微动疲劳。轴部件(11)具备直径d的非压入部(13)和比直径d大的直径D的压入部(12)，压入部(12)的外周面被压入其他部件(14)的压入孔(14a)的内周面。在压入部(12)的外周面形成有被多个槽(12b)包围的多个突出部(12c)，因此，因微动而在压入部(12)的突出部(12c)发生的点蚀受槽(12b)阻止从而被阻止伸展为裂纹，轴部件(11)对微动疲劳的耐久性提高。

摘要： 本发明涉及一种自协调式微动疲劳试验横向微动加载装置，包括设在工作台左侧的立柱二，立柱二内穿设有滚珠丝杠一，滚珠丝杠一下端与工作台连接，滚珠丝杠一顶端与电动机一的输出轴连接，电动机一固定在支撑架上，支撑架与立柱二固定，滚珠丝杠一上滑动连接螺母座一，螺母座一上表面对称设置有增力夹持部，增力夹持部与螺母座一铰接，两个增力夹持部的一端设角度调整装置，另一端设与试验件接触的微动加载垫，微动加载垫上设应变片，应变片、电动机一、角度调整装置、动力箱一和动力箱二分别电连接控制器，控制器设在外置的操作台内。本发明结构合理，操作方便，稳定可靠、自动化程度高，工作效率高。

摘要： 本发明公开了一种榫结构微动疲劳试验系统和微动疲劳裂纹检测方法，一种榫结构微动疲劳试验系统，包括试验机、夹具本体以及光学监测装置。一种微动疲劳裂纹检测方法，包括以下步骤：榫试样安装在夹具本体上，并将二者安装在试验机上；调节光学监测装置，以对准榫试样；启动试验机开始微动疲劳试验，光学监测装置实时采集疲劳裂纹；疲劳裂纹定量测量。本榫结构微动疲劳试验系统和微动疲劳裂纹检测方法利用夹具本体夹持榫试样并放置在试验机上以进行微动疲劳试验，光学监测装置对准榫试样并将实时捕捉榫试样裂纹的扩展情况，不仅可以采集微动疲劳试验结束后的裂纹数据，还可以采集微动疲劳试验的过程数据，获得裂纹萌生和扩展数据。

摘要： 本发明提供轴部件及其微动疲劳减轻结构、设计方法和微动疲劳强度试验装置，以减轻在轴部件的压入部产生的微动疲劳。轴部件(11)具备直径d的非压入部(13)和比直径d大的直径D的压入部(12)，压入部(12)的外周面被压入其他部件(14)的压入孔(14a)的内周面。在压入部(12)的外周面形成有被多个槽(12b)包围的多个突出部(12c)，因此，因微动而在压入部(12)的突出部(12c)发生的点蚀受槽(12b)阻止从而被阻止伸展为裂纹，轴部件(11)对微动疲劳的耐久性提高。

摘要： 本发明提出一种微动疲劳加载装置及微动疲劳试验装置，属于材料性能测试技术领域。该微动疲劳加载装置包括第一滑板，第一连杆和第一加载杆。其中，第一滑板上设有第一加载部，第一加载部与试件位于第一滑板的同侧，第一滑板能够沿滑动机构在第一方向滑动。第一连杆设于一固定架，第一连杆与试件分别位于第一滑板的两侧。第一加载杆设于第一连杆，第一加载杆能够绕第一连杆或连同第一连杆转动，第一加载杆的一端设有第一滚轮，第一滚轮抵顶第一滑板，第一加载杆的另一端设有第一加载块。该微动疲劳加载装置在加载过程中能够提供一恒定的加载载荷。

摘要： 本发明公开了一种管材微动疲劳试验横向微动加载装置，包括上下分布的顶板与底板，所述底板的两侧对称固定安装有两个第二伸缩设备，各所述第二伸缩设备的伸缩端均与顶板固定连接，所述底板的上端对称固定安装有两个第一伸缩设备。本发明中的第一电机通过驱动其中一个第一双向螺纹杆，并通过带传动带动另一个第一双向螺纹杆同步转动，以带动两个第一移动板相对运动，并通过弹簧带动多个夹板的间距发生改变，以适应不同管径的管件本体，后通过第二电机驱动第二双向螺纹杆，以带动两个限位板/导杆/夹板相对运动直至对管件本体施加所需压力，可一次性对多个管件本体进行微动疲劳试验，试验效率较高。

摘要： 本发明涉及一种自协调式微动疲劳试验横向微动加载装置，包括设在工作台左侧的立柱二，立柱二内穿设有滚珠丝杠一，滚珠丝杠一下端与工作台连接，滚珠丝杠一顶端与电动机一的输出轴连接，电动机一固定在支撑架上，支撑架与立柱二固定，滚珠丝杠一上滑动连接螺母座一，螺母座一上表面对称设置有增力夹持部，增力夹持部与螺母座一铰接，两个增力夹持部的一端设角度调整装置，另一端设与试验件接触的微动加载垫，微动加载垫上设应变片，应变片、电动机一、角度调整装置、动力箱一和动力箱二分别电连接控制器，控制器设在外置的操作台内。本发明结构合理，操作方便，稳定可靠、自动化程度高，工作效率高。

摘要： 本发明公开了一种弯扭/弯拉微动疲劳与微动磨损试验系统及其试验方法，涉及材料强度其摩擦学性能领域。系统包括试件夹持装置，载荷加载装置与计算机控制装置,并提供了一种新的材料强度和摩擦学性能检测方法，通过对称设置的凸轮机构，可以实现弯曲载荷的循环加载，与外部疲劳试验机相连进行弯拉/弯扭微动疲劳试验；也可以将一侧凸轮置换成圆盘，提供恒定法向载荷，另外一侧微动垫与试件形成面接触副，通过凸轮压杆提供微振，从而进行径向/切向微动磨损试验。控制装置可以记录传感器所监测数据并将其传至计算机，并通过驱动电路对电机进行控制，有效地控制载荷加载的情况。

摘要： 本实用新型公开了一种弯扭/弯拉微动疲劳与微动磨损试验系统及其试验方法，涉及材料强度其摩擦学性能领域。系统包括试件夹持装置，载荷加载装置与计算机控制装置。通过对称设置的凸轮机构，可以实现弯曲载荷的循环加载，与外部疲劳试验机相连进行弯拉/弯扭微动疲劳试验；也可以将一侧凸轮置换成圆盘，提供恒定法向载荷，另外一侧微动垫与试件形成面接触副，通过凸轮压杆提供微振，从而进行径向/切向微动磨损试验。控制装置可以记录传感器所监测数据并将其传至计算机，并通过驱动电路对电机进行控制，有效地控制载荷加载的情况。