交变法向载荷下2024铝合金微动疲劳断口分析

针对机械结构中广泛存在的微动疲劳失效问题,利用可施加交变法向载荷与远端载荷的双轴加载微动疲劳试验系统,研究了在交变法向载荷作用下,局部滑移和全局滑移两种运行机制对2024铝合金疲劳断裂的影响。利用扫描电镜对疲劳断口进行微观分析。结果表明:局部滑移与全局滑移两种运行机制下裂纹均萌生在试件与微动垫接触边界,局部滑移试件是由于接触边界产生多个裂纹并不断融合扩展导致试件断裂,全局滑移试件为单一裂纹源导致的试件断裂。在裂纹扩展区可看到疲劳辉纹与2024铝合金中的加强相,铝合金中的加强相可阻碍裂纹扩展。除此以外还可清晰的看到大量解理、准解理、撕裂棱形貌;疲劳瞬断存在大量韧窝以及二次裂纹,表现出典型韧性断裂特征。

交变法向载荷作用下2024铝合金的微动疲劳试验研究

针对法向交变载荷作用下的2024铝合金微动疲劳失效问题开展了试验研究。设计了可施加交变法向载荷与远端载荷的双轴加载微动疲劳试验系统。通过Abaqus有限元分析,对试验台法向加载装置进行分析计算,考察了法向加载时力传导误差与微动垫摆角对试验精度的影响,验证了试验机加载的精度。进而研究了在交变法向载荷作用下,0°、45°、90°三种不同相位差对2024铝合金疲劳寿命的影响。试验结果表明,随着相位差的增加,2024铝合金试件的寿命逐渐增加。通过对磨损状态的分析发现,0°与45°相位差下,磨损的影响较小,寿命随着相位差的增大而增长;90°相位差时磨损较为严重,在磨损与疲劳损伤的共同作用下,90°相位差状态下试件的疲劳寿命进一步增加。试件微动疲劳寿命在交变法向载荷作用下的整体趋势为:随着相位差的增加寿命延长,随着相位差的增加,磨损增加。

交变双轴加载下钛合金微动磨损的仿真及试验研究

微动磨损是导致机械连接结构失效的主要形式之一。目前大多数研究都在恒定法向接触载荷工况下开展。然而实际工程中,广泛存在着可变法向载荷和轴向载荷的多轴加载工况,导致目前恒定法向载荷下微动磨损的研究结果不能很好地解释多轴交变加载工况下的微动磨损行为。因此,以钛合金的微动磨损为例,进行了交变双轴加载下微动磨损的仿真分析和试验测试研究。首先,建立了受循环交变双轴加载作用下的微动磨损模型;然后,对不同法向载荷幅值、位移载荷幅值、双轴加载相位差下的微动磨损行为进行了仿真,并根据Q-P曲线分析方法对这些复杂微动情况下的微动磨损机制进行了讨论;最后,在双轴加载的微动磨损试验机上进行了双轴微动磨损试验,验证了该有限元模型磨损形貌的合理性。研究结果表明:交变法向载荷的磨损形貌不同于恒定法向载荷的磨损形貌,交变下法向载荷均值与恒定法向载荷保持不变,交变法向载荷下的磨损深度及宽度均大于恒定法向载荷下的磨损深度及宽度。位移幅值和相位差一定,随着法向载荷幅值的增大,磨损宽度和深度均增加,磨损形貌由“W”型转变为“W+V”型;法向载荷幅值和相位差一定,磨损宽度和深度均随位移幅值的增大而增大;法向载荷幅值和位移幅值一定,改变双轴加载相位差,0°相位差最大磨损深度出现在接触后缘,180°相位差最大磨损深度出现在接触前缘,90°和270°相位差的前、后缘磨损深度极大值接近。