表层超硬化M50NiL钢接触疲劳失效机理

应用表面轮廓仪、维氏硬度计、残余应力X射线测定仪、光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、滚动接触疲劳试验机等,对比研究表层超硬化M50NiL钢和M50钢制圆棒试样的硬度梯度、残余应力梯度以及组织结构,实测各自滚动接触疲劳寿命,并对比分析失效过程,探讨表层超硬化M50NiL钢的疲劳失效机理。结果表明:表层超硬化M50NiL钢失效机理回归赫兹理论,为典型的接触疲劳失效特征,接触疲劳寿命大幅提高;高的表面硬度和表面残余压应力,良好的组织结构,能够完全抑制表面起始裂纹的形成,是失效机理回归赫兹理论的主要原因。     

Cr4M04V钢表面预制缺陷对滚动接触疲劳性能的影响

用推力片实验研究了表面预制缺陷对Cr4Mo4V高温轴承钢滚动接触疲劳性能的影响。应用洛氏硬度计和维氏硬度计预制不同形状、不同大小的表面缺陷,通过扫描电镜记录滚动疲劳裂纹的萌生、发展乃至试样失效的全过程。结果表明,表面预制缺陷对Cr4Mo4V钢滚动接触疲劳性能有很大的影响。不同形状的预制缺陷对疲劳性能有不同的影响,且疲劳性能有明显的缺陷尺寸效应。     

GH3044的高温低周疲劳性能研究

研究了镍基高温合金GH3044在600℃下的低周疲劳性能,分析了合金的循环应力-应变和应变-寿命关系,利用Manson-Coffin方程、三参数幂函数方程和拉伸滞后能模型对寿命数据进行回归分析。结果表明,合金的循环应力响应行为在600℃时,呈现明显的循环硬化特征,原因在于循环变形过程中位错之间以及位错与析出相之间的相互作用;从试样的疲劳断口形貌发现,裂纹主要萌生于试样表面处,裂纹形成后垂直于加载轴方向扩展,断口呈韧窝断裂特征;在合金的低周疲劳寿命预测研究中发现,拉伸滞后能模型的寿命预测结果无论从标准差,还是分散带方面比较都比Manson-Coffin方程、三参数幂函数方程的预测精度好。     

喷丸强化的综合效应理论

 对几种钢材进行了喷丸强化,疲劳试验,测定了残余应力场和表面粗糙度。提出了表面粗糙度应力集中系数的计算模型和公式,以及疲劳源萌生于表面时表达疲劳极限规律的修正Goodman方程。根据断口分析和应力计算,提出了材料的内部疲劳极限概念及相应的强化机制。在上述研究基础上,建立了喷丸强化的综合效应理论。     

材料滚动接触疲劳试验研究

介绍了一种新型的滚动接触疲劳寿命试验机.试验机主要包括主轴系统装置、控制/检测装置和加载装置3部分,附加装置中的红外测温、振动传感器和计数器分别测量温度、振动和转动圈数.该试验机可用于评定各种材料轴承用球的滚动接触疲劳性能.     

航空铝合金材料低温疲劳研究进展

铝合金材料由于具有强度高和易加工等优势,被广泛应用于航空工程领域。低温是航空铝合金材料使用中不可避免的环境因素,低温下航空铝合金材料的疲劳行为也受到国内外学者和工程界的高度关注。综述了近年来航空铝合金材料的低温疲劳试验研究,分析了低温疲劳失效机理,归纳了航空铝合金材料的低温疲劳模型表征和寿命评估方法,并展望了需要在试验、失效机理、模型表征和寿命预测方面进一步研究的问题,为航空铝合金材料的工程设计和应用提供帮助。     

某航空发动机轴承钢球失效分析

针对某航空发动机轴承钢球的表面剥落及裂纹故障,利用视频显微镜、扫描电镜等设备对故障钢球剥落表面进行宏、微观检查,明确了钢球表面剥落性质为滚动接触疲劳;通过裂纹断口分析、能谱分析及金相检查等手段,确定了钢球裂纹是在淬火过程中温度过高导致的淬火裂纹,同时钢球组织中存在带状碳化物,对淬火裂纹的产生有一定的促进作用。淬火裂纹在钢球工作过程中并未扩展,但引起钢球表面发生接触疲劳剥落。建议在钢球热处理过程中,严格控制热处理工艺参数,保证热处理温度和保温时间的稳定。     

转动微动磨损条件下7075铝合金的局部疲劳行为研究

在新型转动微动磨损试验机上,进行了7075铝合金与GCr15钢球配副在不同角位移幅值下的转动微动磨损实验。在磨痕表面形貌及剖面微观分析的基础上,研究了转动微动磨损的局部疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明:转动微动磨损条件下疲劳裂纹主要分布于混合区,大量的裂纹向基体内部扩展,混合区材料的失效形式主要表现为裂纹的萌生和扩展,并伴随因疲劳磨损所致的片状剥落;在部分滑移区,疲劳裂纹萌生后平行于表面方向扩展,微动损伤主要表现为材料的轻微剥落;在滑移区,在局部接触疲劳和磨损的竞争过程中,疲劳效应减弱且材料磨损占支配地位。此外,疲劳裂纹的形成与转动微动的中心隆起有密切关系。     

非对称载荷下TC17合金超高周疲劳试验

通过试验研究了110Hz和20kHz两种频率正弦式非对称载荷作用下TC17合金材料的疲劳失效行为,结果表明:载荷频率对TC17合金的疲劳强度和疲劳失效机理影响不明显,两种频率载荷作用下TC17合金的疲劳失效均存在表面诱发疲劳失效和内部诱发疲劳失效。表面诱发的疲劳失效主要是由循环载荷作用下试样机械加工缺陷和表面滑移所导致的,内部诱发的疲劳失效主要是由于材料初生α相在非对称循环载荷作用下发生解理断裂而导致的,失效形式的不同使得材料的应力-疲劳寿命（S-N）曲线呈双线性。萌生于TC17合金试样内部的疲劳裂纹可分为3个阶段:初生α相的解理断裂阶段、短裂纹扩展阶段和长裂纹扩展阶段。由裂纹萌生区特征可以确定室温条件下,应力比为0.1时,TC17合金疲劳长裂纹扩展门槛值为3.3MPa·m1/2。      

2.5维机织复合材料疲劳寿命预测方法

针对疲劳载荷作用下的2.5维机织复合材料,建立了疲劳寿命预测方法.该方法主要包括单胞模型、疲劳失效判定准则和材料性能退化方法3部分.选取单胞模型为研究对象,利用三维有限元技术进行应力分析;引入改进的三维Hashin疲劳失效准则和Mises准则作为纤维束和树脂基体的疲劳失效判据;采用刚度性能突降准则描述疲劳失效后的材料性能,采用考虑纤维体积分数影响的剩余刚度和剩余强度退化模型描述失效前材料的性能.通过疲劳寿命预测值与试验值的对比,验证了疲劳寿命预测方法的有效性.研究表明:经向拉-拉疲劳寿命随经纱纤维体积分数增大而增加,纬向拉-拉疲劳寿命受纬纱纤维体积分数影响较小.      

球轴承接触疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软件仿真得到6206球轴承的接触应力分布并分析了6206球轴承最大接触应力区。根据6206球轴承的载荷及应力应变状态将最大接触应力区简化为二维平面应力模型。在此基础上预估了6206球轴承的接触疲劳寿命。设计并进行了6206球轴承疲劳强化试验。轴承接触疲劳剥落都萌生于内圈,与应力仿真分析结果相契合。三个试验轴承的试验与预估接触疲劳寿命的相对误差分别为29.52%、3.03%和51.16%,验证了接触疲劳寿命预估方法的有效性。研究表明采用损伤力学预估球轴承的接触疲劳寿命是工程中可行且实用的方法。      

应用局部应力-应变法的微动疲劳寿命估算

 本文将微动疲劳破坏分为微动应力集中破坏和接触磨蚀破坏,通过建立两表面接触的简化计算模型得到了微动应力集中系数K_t的表达式,,并导出了适用于薄板小试件的微动疲劳寿命估算公式。最后用文献中的实验结果进行验证,给出了几种材料微动疲劳寿命的估算结果。     

滚动轴承保持架-滚动体接触动力学建模与接触特性

采用非线性弹簧单元、阻尼单元模拟保持架与滚动体之间的碰撞接触,并综合考虑碰撞接触、摩擦以及兜孔间隙等非线性因素,建立了滚动轴承动力学分析模型。通过动力学仿真研究了保持架与滚动体之间的碰撞接触特性及轴承载荷、转速对保持架接触特性的影响。研究结果表明:滚动体与保持架兜孔前、后端交替产生非连续性碰撞接触并造成保持架转速出现不规律的波动。滚动体与保持架兜孔前、后端接触力的最大值和保持架转速的波动范围随着轴承径向载荷的增加而减小,随轴承转速的增加而增大。所建立模型可为滚动轴承的设计及保持架的失效分析提供理论依据。      

滚动轴承平均故障前时间计算方法研究

滚动轴承的平均故障前时间(MTTF)和平均失效率是旋转类机械设备可靠性预计和分析的重要基础数据,传统源于统计样本信息的滚动轴承MTTF和失效率数据可信度不高,难以约束滚动轴承的可靠性定量设计。为得到可信度更高的滚动轴承MTTF,利用滚动轴承疲劳寿命计算方法,基于滚动轴承寿命与可靠度的关系研究,推导了威布尔分布的MTTF和平均失效率计算公式,提出一种滚动轴承MTTF和平均失效率的计算方法和流程,给出了滚动轴承MTTF和平均失效率的计算示例。解决了利用设计参数(工作寿命、可靠度、动载荷等)计算滚动轴承MTTF和平均失效率的问题,可为滚动轴承及其配套产品的可靠性预计和分析提供数据和方法支持。     

微动垫夹持刚度对微动疲劳寿命的影响分析

以单卡头式微动疲劳试验装置为对象，设计了不同微动垫夹持型式的微动疲劳试验装置，建立了两种试验装置的物理模型，结合理论分析和有限元数值仿真，从微动垫夹持刚度的角度分析了影响微动疲劳寿命的主要因素，并进行了试验对比验证。结果表明:夹持刚度的减小对SWT（Smith Watson Topper）微动疲劳损伤参量的最大值及位置影响较小，且使其在接触区域的分布趋于对称，可显著地降低相对滑移幅值，进而减小微动疲劳过程中的磨损程度；与夹持刚度较大的试验装置相比，夹持刚度较小的试验装置测试得到的微动疲劳试验寿命较长。      

高速滚子轴承的动力学分析

根据流体和弹流润滑理论,建立了滚子轴承各元件间的相互作用模型;并根据牛顿运动定律,建立了滚子轴承动力学模型,编制了相应的软件。可以计算各元件之间的载荷分布、油膜厚度,并能对滚子和保持架的打滑、滚子的歪斜和轴向窜动等运动特性进行动态模拟,从而为高速滚子轴承的设计计算和故障分析提供了一种新的有效工具。     

Fundamentals of Design and Technology of Rolling Element Bearings

This article presents an overview of fundamentals of rolling element bearing designs and technologies. The aim is to outline the complex interrelation of all fundamentals with the rolling contact fatigue and the attainable bearing life. Such fundamentals include, amongst others, bearing stressing and life capability. The article shows the different types of rolling bearing stressing and the analysis of the stress distribution (principal stresses and equivalent stresses) in the material under the rolling contact area. It becomes obvious that the contamination of the bearing with foreign particles leads to a drastic reduction in bearing life. Furthermore, it demonstrates the impact of the bearing lubrication and coating as well as the effect of additives on the attainable life and wear. Further fundamentals of rolling element bearing design are the materials, the material cleanliness and the heat treatment. The article reveals the importance of the cleanliness of bearing steels as well as different types of inclusions and their effect on rolling contact fatigue. Additionally the article describes how to optimize the material properties (strength, toughness and residual stress) by the heat treatment processes. The outcome of these investigations is that endurance life of a rolling element bearing can be achieved if specific operating conditions, an adequate lubrication, good system cleanliness and specific bearing stressing are met. The article provides a guideline for bearing engineers on how designs and technologies can be applied to optimizing a bearing for a particular industry or aerospace application.     

基于临界面法的燕尾榫连接结构微动疲劳寿命预测

以航空发动机叶片/轮盘之间的燕尾榫连接结构为研究对象,分析了燕尾榫连接结构接触应力与应变的变化.根据多轴疲劳临界损伤平面原理,在燕尾榫连接结构的微动疲劳寿命预测研究中引入多轴临界平面法的疲劳损伤参数CCB (Chu-Conle-Bonnen),FS (Fatemi-Socie),MSSR (modified shear stress rang)和SWT (Smith-Watson-Topper).将预测寿命与试验寿命进行对比,结果表明:在预测微动疲劳寿命时,4个参数中寿命预测的最大误差为23%,可较好地预测低周微动疲劳寿命.其中基于临界平面法的SWT参数预测误差最小,为1.23%;4个参数均预测裂纹萌生位置在接触区末端,与试验结果一致.在预测裂纹萌生角度上,FS,MSSR,SWT参数预测结果与试验较一致,CCB参数预测结果与试验结果相差较大.说明基于临界平面法的寿命预测模型具有较好的预测能力.