30CrNiMo8合金鋼的彎曲微動疲勞特性及數(shù)值模擬研究.pdf

1、微動疲勞引起的微動損傷促使微觀疲勞裂紋提前萌生和擴(kuò)展，導(dǎo)致構(gòu)件疲勞壽命或強(qiáng)度明顯降低。該損傷廣泛存在于核電、航空航天、機(jī)械行業(yè)、鐵路等各個工業(yè)領(lǐng)域的緊固配合構(gòu)件中，已經(jīng)成為很多關(guān)鍵零部件失效的主要因素之一。微動疲勞根據(jù)受到載荷類型的不同，可以分為拉壓微動疲勞、彎曲微動疲勞和扭轉(zhuǎn)微動疲勞三種基本的運(yùn)行模式。國內(nèi)外的微動疲勞研究方向主要集中在拉壓微動疲勞，而對后兩種運(yùn)行模式的研究相對較少。因此本研究對深入認(rèn)識微動疲勞損傷機(jī)理有重要理論意義，

2、同時對工程中抗彎曲微動疲勞損傷有重要參考價值。
　　 本文基于彎曲微動疲勞試驗(yàn)臺進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用正交圓柱點(diǎn)接觸方式。研究分析了在不同彎曲載荷和不同循環(huán)次數(shù)條件下，30CrNiMo8合金鋼的微動損傷規(guī)律。對斷裂試樣進(jìn)行了剖面觀察并分析了裂紋的萌生和擴(kuò)展規(guī)律。然后利用有限元模擬軟件ABAQUS對試驗(yàn)進(jìn)行了模擬仿真，從接觸應(yīng)力、應(yīng)變、位移等方面來解釋了試驗(yàn)現(xiàn)象。通過以上的工作，獲得了以下主要結(jié)論:
　　 (1)30CrNiM

3、o8合金鋼彎曲微動疲勞的S～N曲線呈“C”曲線特性，可以劃分為三個區(qū)域:即部分滑移區(qū)、混合區(qū)和滑移區(qū)。對應(yīng)于“C”曲線的“鼻子”區(qū)域，即微動運(yùn)行于混合區(qū)時，材料的彎曲微動疲勞壽命最短。
　　 (2)微動損傷區(qū)的形貌呈橢圓狀。接觸中心磨損嚴(yán)重，兩邊是寬度不同的磨損帶。在不同的彎曲載荷作用下，接觸區(qū)磨損程度不同，形貌發(fā)生較大的變化，隨著彎曲載荷的增大，磨損加劇。當(dāng)彎曲載荷相同，循環(huán)次數(shù)不同時，接觸區(qū)磨斑形貌特征無明顯變化，但氧化磨損

4、加劇，劃擦痕跡出現(xiàn)。
　　 (3)微動疲勞裂紋出現(xiàn)在接觸區(qū)的加載端。裂紋萌生于接觸區(qū)的次表面，其擴(kuò)展受接觸壓應(yīng)力和彎曲載荷共同作用。擴(kuò)展初期以接觸壓應(yīng)力控制為主，裂紋以一定的角度傾斜擴(kuò)展，隨著擴(kuò)展深度的增加，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詮澢d荷控制為主，裂紋的擴(kuò)展方向變?yōu)榇瓜?，直到斷裂?br>　　 (4)數(shù)值模擬的結(jié)果表明，可以從應(yīng)力、應(yīng)變、位移等不同的角度來分析并解釋接觸區(qū)的彎曲微動疲勞損傷規(guī)律。并且在深度方向分析中，可以看出裂紋是從次表