軸承鋼GCr15滾動(dòng)接觸低周疲勞壽命研究.pdf

1、在航天以及軍事領(lǐng)域應(yīng)用的滾動(dòng)軸承，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)工作載荷超過額定靜載荷數(shù)倍的過載情況，導(dǎo)致在滾動(dòng)接觸區(qū)域軸承鋼產(chǎn)生彈塑性變形，進(jìn)而引起軸承的低周疲勞失效。此外，若軸承鋼材料內(nèi)部存在缺陷如夾雜、氣孔等，常導(dǎo)致材料局部應(yīng)力集中，疲勞裂紋將由這些位置萌生和擴(kuò)展并形成疲勞失效。但是目前缺乏針對(duì)軸承鋼材料的彈塑性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)研究，難以對(duì)過載工況下的滾動(dòng)軸承進(jìn)行精確的低周疲勞壽命預(yù)測。而研究過載滾動(dòng)接觸下無缺陷及含缺陷軸承鋼的彈塑性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)

2、規(guī)律及滾動(dòng)接觸低周疲勞壽命，能夠?yàn)轭A(yù)測過載滾動(dòng)軸承的低周疲勞壽命提供一種新的方法，因此具有重要的理論及應(yīng)用意義。
　　本文以軸承鋼GCr15為研究對(duì)象，基于能夠準(zhǔn)確描述循環(huán)載荷下材料行為的非線性各向同性/隨動(dòng)硬化材料模型，分別建立GCr15無缺陷及含缺陷(孔)的滾動(dòng)接觸有限元模型，研究承受循環(huán)滾動(dòng)接觸過載載荷的GCr15應(yīng)力的變化及分布規(guī)律、塑性應(yīng)變的變化及分布規(guī)律、材料的棘輪效應(yīng)和塑性安定現(xiàn)象；分析了不同摩擦系數(shù)對(duì)過載滾動(dòng)接觸下

3、GCr15的塑性應(yīng)變的影響；研究了缺陷對(duì)過載滾動(dòng)接觸下應(yīng)力應(yīng)變的影響。在有限元分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合Jiang損傷壽命模型計(jì)算GCr15的滾動(dòng)接觸低周疲勞裂紋啟裂壽命，研究其在不同載荷下分布及變化規(guī)律，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證；研究缺陷對(duì)GCr15滾動(dòng)接觸低周疲勞裂紋啟裂壽命的影響。
　　文中主結(jié)論如下：(1)過載滾動(dòng)接觸下，GCr15次表面等效應(yīng)力超過材料屈服強(qiáng)度，材料發(fā)生塑性變形；隨著過載載荷的不斷增加，超過材料屈服極限的等效應(yīng)力在深度上的

4、范圍越來越大，塑性變形的范圍也越大。(2)在循環(huán)的過載載荷作用下，滾動(dòng)接觸次表面形成塑性層；塑性變形通過棘輪效應(yīng)逐漸累積，隨載荷循環(huán)棘輪效應(yīng)逐漸減弱；在經(jīng)過20個(gè)應(yīng)力循環(huán)后，逐漸達(dá)到塑性安定狀態(tài)。(3)材料內(nèi)部缺陷會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致應(yīng)力影響范圍加深，且由應(yīng)力集中導(dǎo)致的應(yīng)力值普遍大于由于滾動(dòng)接觸導(dǎo)致的次表面的應(yīng)力峰值；缺陷周向不同角度應(yīng)力大小不同，平行于接觸面的方向上應(yīng)力最大。(4)缺陷處發(fā)生較大塑性變形，塑性變形通過棘輪效應(yīng)增加;