微动频率对钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳行为影响研究

拉扭复合微动腐蚀疲劳是深井提升钢丝绳主要失效形式之一,深井提升钢丝绳振动频率决定钢丝间微动频率,直接影响钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳机理和损伤程度,进而制约深井提升钢丝绳服役安全性.本文作者通过自制钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳试验机开展了酸性电解质溶液中钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳试验,通过钢丝切向力-位移幅值和扭矩-扭转角滞后回线分析了拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝间接触状态及轴向和扭转方向钢丝耗散能,运用扫描电子显微镜和三维白光干涉表面形貌仪考察了拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝磨痕形貌和磨损深度轮廓特性,采用X射线三维成像系统揭示了钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳裂纹扩展演化规律,通过电化学分析仪分析试验后钢丝Tafel极化曲线和阻抗谱以探究钢丝电化学腐蚀倾向和耐腐蚀性,揭示了微动频率对拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝间接触状态、钢丝耗散能、微动磨损机理、疲劳裂纹扩展演化和疲劳寿命、电化学腐蚀倾向和耐腐蚀性的影响规律.结果表明:在拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中,随着微动频率的增加,钢丝间由完全滑移和部分滑移混合状态变为完全滑移状态,钢丝扭矩-扭转角滞后现象削弱,钢丝切向力-位移幅值和扭矩-扭转角滞后回线对应的耗散能均总体降低,钢丝间摩擦系数和钢丝磨损深度均降低,钢丝磨损机理均为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损,钢丝最大裂纹深度和裂纹扩展速率均降低,疲劳寿命增加,钢丝电化学腐蚀倾向下降和耐腐蚀性增强.

LY12铝合金的拉扭复合加载疲劳

对LY12铝合金的拉扭复合加载疲劳性能进行了研究,并用扫描电镜对疲劳试样的断口进行了观察。试验选用单轴轴向、0°同相拉扭复合、45°非同相拉扭复合、90°非同相拉扭复合和纯扭转五种加载路径,并使试样在不同加载路径下的最大等效应变值相等。结果表明,LY12铝合金试样在五种加载条件下,均出现循环硬化和饱和现象。LY12铝合金试样在纯扭转加载时的寿命最长,在90°非同相拉扭复合加载时的寿命最短。用W ang-B rown模型的损伤参量,可以较好解释不同加载条件的疲劳寿命差异。单轴轴向加载和0°同相拉扭复合加载试样的断口均出现疲劳条纹,纯扭转加载和90°非同相拉扭复合加载断口形貌以裂纹面间相互摩擦的痕迹为主。

S135钻杆钢的拉扭复合加载疲劳行为

采用疲劳实验和回归分析相结合的方法,研究了S135钻杆钢在拉扭复合加载条件下的疲劳行为,并对疲劳断口进行了微观分析。结果表明:当τa/σeq=0.7时,由拉扭应力幅对应的当量应力表示的疲劳寿命公式可很好地描述S135钻杆钢的拉扭疲劳寿命规律;疲劳断口由疲劳源区、疲劳裂纹稳定扩展区和快速瞬断区组成,疲劳裂纹从试样表面萌生,并向试样内部扩展,且常为多疲劳源,不同疲劳源断口的连接和复合加载形成所谓的"屋脊"状特征;拉扭疲劳断裂试样裂纹源区的微观断口特征为明显的河流花样,裂纹扩展区的微观断口特征为疲劳条带与涟波状花样。

CL60钢拉扭微动疲劳行为及断裂研究

在改进的微动试验装置上,实现了拉扭微动的复合。比较了不同应力幅值对CL60钢拉扭复合微动疲劳寿命的影响,利用扫描电镜分析了微动疲劳裂纹的萌生和扩展机制。结果表明:随着循环应力幅升高,拉扭微动疲劳寿命降低;在各个应力幅值下,试样总体上显示出循环软化的特征。疲劳裂纹萌生在微动区和未微动区的交界处,主裂纹聚合附近的一些微裂纹最后形成一条宏观裂纹扩展,导致试样断裂。

腐蚀对复合绝缘子芯棒力学性能的影响

为探究腐蚀条件下复合绝缘子芯棒的力学性能,以FXBW4-110/100型绝缘子为研究对象,在自制绝缘子扭振模拟试验机上,对不同腐蚀条件下的复合绝缘子进行了整体疲劳试验。应用3维形貌仪和光学显微镜对试样断口表面形貌进行宏观与微观分析,结合表面分析技术,研究不同腐蚀试验条件下绝缘子芯棒断裂与其摆动力、扭转力和拉伸力之间的关系。结果表明:当腐蚀溶液呈中性及碱性时,对复合绝缘子芯棒力学性能影响不大,当腐蚀溶液呈酸性时,对复合绝缘子芯棒的腐蚀作用明显,芯棒内部树脂玻璃纤维受到强酸腐蚀时,试样呈平起光亮的结晶状,表层在位错断裂下形成扩展裂纹,绝缘子芯棒切片断面易发生疲劳断裂;绝缘子被酸性盐雾腐蚀不同时间后,酸液渗入芯棒表面与护套粘接处,对芯棒表面或内部的树脂玻璃纤维界面产生腐蚀,当疲劳断裂发生后,其断口表面由光亮平整向灰暗凹凸不平变化,裂纹由河流花样状向贝纹线状变化,形貌由台阶状向纤维散状变化,表面形貌分布的均方根高度和最大凹陷高度也随之减小;随着腐蚀试验时间的增加,芯棒的抗摆动力能力下降,进而降低了绝缘子整体机械力学性能,导致芯棒断裂时间变短,断口分形维数变大,断口表面形貌更为复杂。

弯扭载荷下内套式锥面过盈连接的设计方法

由齿轮啮合等引起的动态附加弯矩对过盈连接的扭矩传递能力具有决定性的影响。文章首先基于Leidich的椭圆准则来计算某牵引电机悬臂式传动端内套锥面过盈连接在弯扭载荷下的抗弛缓能力,接着结合解析方法和有限元方法来计算动态载荷条件下过盈连接的微动滑移区。结果表明,旋转弯矩将使连接的弛缓扭矩大大降低;不发生弛缓条件下,由动态弯扭载荷特别是旋转弯矩引起的微动疲劳将是内套式锥面过盈连接面临的主要风险。设计中应同时满足抗驰缓准则和抗微动疲劳准则,尽量减少连接的旋转弯矩载荷,由工艺油槽等形成的接触边界应避开微动滑移区以避免出现微动疲劳。

2024锻造铝合金疲劳性能研究

本文着重研究了2024锻造铝合金经过T4及T6热处理后其单轴及多轴疲劳性能。采用了两种不同热处理方式制备出具有不同微结构的2024锻造铝合金,研究其在不同加载状态下的变形行为、疲劳机制及疲劳寿命。主要内容包括:对2024锻造铝合金进行单向拉伸、应力控制的单轴拉压疲劳及两种多轴拉扭疲劳试验,研究了加载状态与疲劳寿命的关系。结果表明,2024锻造铝合金材料的疲劳寿命对热处理和加载状态的敏感性很大,表现为在相同加载状态下2024-T4和2024-T6试样的寿命差别较大,以及同一热处理试样在不同应力幅值和不同加载路径下疲劳寿命差异大。