气膜孔对DD6镍基单晶高温合金高周疲劳强度的影响研究

气膜孔因其特殊的几何构型,在提升涡轮叶片冷却效率的同时,孔边往往存在较为明显的应力集中现象,导致叶片的高周疲劳(High Cycle Fatigue,HCF)失效。因此,本文开展了900℃下振动疲劳试验,以评估圆柱型和簸箕型气膜孔对DD6镍基单晶高温合金高周疲劳强度的影响,并通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和能谱仪(Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)分析气膜孔模拟件HCF失效机理。研究发现孔边氧化层在交替载荷作用下存在均布开裂现象,形成尖角,最终导致裂纹萌生,并沿着{111}滑移面扩展。通过有限元仿真分析了孔边应力应变分布,结合临界距离理论,建立了气膜孔高周疲劳强度评估方法和基于疲劳缺口系数经验公式的气膜孔高周疲劳强度预测方法。结果表明:簸箕型气膜孔的高周疲劳强度为298.03 MPa,圆柱型气膜孔高周疲劳强度为321.35 MPa;气膜孔高周疲劳强度预测误差在10%以内。所建立的含异型气膜孔的DD6单晶高温合金高周疲劳强度评估、预测方法可为航空发动机涡轮叶片膜冷却结构疲劳性能的设计和评估提供技术支持。

Numerical study on fatigue crack propagation behaviors in lubricated rolling contact

The surface-initiated Rolling Contact Fatigue(RCF)including pitting and micro-pitting is one of the key issues affecting the reliability of tribological components such as gears and bearings used in various devices.In this work,a surface-initiated crack Finite Element(FE)model which considers the effect of lubricant on crack faces was developed to investigate surface-initiated RCF using an automatic crack propagating Python script.Different lubricating states,initial crack parameters and loading conditions were simulated to analyze the evolution of crack propagation and the Stress Intensity Factors(SIFs).The RCF crack propagation path and life were predicted by employing the Maximum Tangential Stress(MTS)criterion coupled with the Paris’s law.A typical RCF failure is predicted in the numerical simulation.Results reveal that the lubricating pressurization dominates the surface-initiated RCF.In addition,the initial crack angle has a significant effect on the RCF crack propagation path and the fatigue life.

机械弹性车轮疲劳寿命及其影响因素研究

为提高机械弹性车轮的可靠性和耐久性，对其疲劳寿命进行了研究。结合机械弹性车轮的结构及承载方式，建立了疲劳试验的有限元模型；采用幅值、频率相同的正弦载荷和余弦载荷模拟车轮骨架载荷循环过程；基于Miner线性疲劳累积损伤理论进行疲劳寿命预测。分析表明：车轮骨架的疲劳破坏主要集中在弹性环组合卡与铰链组的连接部位，最小疲劳寿命为4．03×10^5次；随着铰链组个数、铰链组横截面积的增加，疲劳寿命呈非线性增加；随着实际负荷的增加，疲劳寿命呈下降趋势。

胀压成形汽车桥壳性能的有限元模拟与试验

以某5.5t载货车的桥壳为例,介绍了胀压成形的工艺过程。用ABAQUS软件进行了成形过程的数值模拟,得到了桥壳的壁厚分布曲线和变形强化效果云图与残余应力云图。结果表明,桥壳的壁厚分布符合使用要求。将压制成形后的残余应力作为初始条件施加到桥壳上,进行最大垂向力工况下的强度刚度模拟,找出轴向应力较大的危险区域,得到桥包部分的单位轮距最大变形为1.27mm/m,符合国家标准。用Nsoft软件对胀压成形桥壳进行疲劳寿命分析,得到各危险区域的疲劳寿命。最后对胀压成形桥壳样件进行了台架疲劳试验。结果表明,桥壳本体各危险区域的疲劳寿命均高于153.8万次。

GaAs PHEMT器件高温加速寿命试验及物理分析

GaAs微波器件的退化与金属化稳定性密切相关,实现PHEMT器件功能的金属化主要有栅金属化、欧姆接触金属化和信号传输线金属化。本文针对定制的GaAs PHEMT器件的栅金属接触孔链和欧姆接触金属方块条进行了高温加速应力寿命试验,并对器件金属化失效单机理进行寿命预计,同时对试验后的样品进行物理分析。结果显示栅金属接触孔链在180℃下就发生失效,接触孔链表面的金属化层形变,金属化发生了迁移;而AuGeNi欧姆接触在225℃高温下更易发生电迁移失效,金属向体内扩散并在金属条上形成空洞。

基于ABAQUS软件二次开发的橡胶疲劳寿命计算结果的可视化

基于ABAQUS有限元分析软件得到橡胶材料单轴拉伸试件的二维模型、圆柱试件的轴对称模型以及哑铃形试件的三维模型的应力-应变结果,将3种试件的应力-应变数据导入二次开发的橡胶疲劳寿命分析程序中,得到各个模型每一节点的对数疲劳寿命和裂纹扩展平面的法向角度。利用Python语言编写程序,运行并生成ABAQUS对应的输出数据库文件。结果表明,二维、轴对称、三维模型的应力分布具有一致性,即试件中部受力大,两端受力小。对于二维及三维的哑铃形试件,疲劳寿命最小值出现在试件中部;对于轴对称的圆柱试件,除试件中部较易破坏外,变形较大的上下端面的边缘位置亦容易发生破坏。3种模型的试件中部产生微裂纹后,裂纹扩展平面的法向角度均为90°,即裂纹沿试件中部且垂直于拉伸方向不断扩展,与试验结果相一致。本研究解决了二维、轴对称、三维模型的二次开发计算结果可视化的问题。

涡轮钻具轴承磨损后力学性质的数值模拟研究

涡轮钻具轴承组在恶劣的工作环境中受到钻压、水力载荷以及钻进冲击与振动的作用,容易发生磨损现象,直接影响涡轮钻具的使用寿命。以127 mm涡轮钻具为例,根据弹塑性力学和赫兹接触理论,运用ABAQUS软件建立定子-滚珠-转子非线性接触问题有限元模型,针对不同磨损程度的滚珠轴承进行了数值模拟分析。研究结果表明,随磨损量的增大,轴承定子、转子与滚珠的接触面积逐渐减小,应力集中现象加剧,接触应力明显增大;最大接触应力出现在滚珠上,且与磨损量呈现非线性关系;相同工况下,磨损2 mm后滚珠的最大Mises应力比未磨损时增加了14倍,轴承发生失效。该项研究成果对涡轮钻具设计及寿命预测具有指导作用。

基于寿命预测模型的微动疲劳影响因素

以ABAQUS有限元分析软件为工具，通过计算接触面上的接触应力p（x）及切向应力τ分布，求得了Ruiz微动损伤参数也0），并以此为基础，建立了一种微动疲劳寿命预测模型，经验证该模型预测值与实验值比较吻合，证明了该模型的合理、有效性。利用所得模型，研究了3种参数变化对微动疲劳寿命的影响，结果表明：在其他参数保持不变的情况下，随着接触压力的增加，微动疲劳寿命迅速下降，在达到一个最低值后，随着压力的增加寿命反而增加；微动疲劳寿命随轴向应力增加而下降；对于较低的接触压力，寿命随压头半径的增加而增加，但在较高的接触压力下，随着压头半径的变化寿命几乎保持不变。

压缩机螺栓联接结构的有限元模拟及疲劳寿命分析

疲劳破坏是螺栓失效的主要形式之一。应用接触有限元方法,对螺栓联接结构进行了应力分析。通过螺栓材料的疲劳试验,获得了材料的应力应变寿命曲线;采用多轴应变下的局部应力应变方法进行疲劳寿命计算;并研究了螺栓预紧力对螺栓疲劳寿命的影响,提出了延长螺栓寿命的方法。

开级配大粒径沥青碎石防裂层沥青路面疲劳寿命预估研究

为了解决刚性基层沥青路面存在的沥青面层反射裂缝问题，提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料（Open—gradedLargeStoneAsphaltMixes，OLSM）作为裂缝缓解层的方法，以国内外OLSM参考级配为基础，结合试验段修筑情况，采用二维有限元方法，建立设置OLSM-25裂缝缓解层的沥青路面有限元模型，对设置不同类型裂缝缓解层、不同级配OLSM-25裂缝缓解层的沥青路面进行疲劳分析，提出OLSM-25缓解层沥青路面疲劳寿命的预估公式，为设置OLSM-25裂缝缓解层的沥青路面抗裂设计提供理论依据。结果表明：在车辆荷载偏载作用下，轴载、贫混凝土基层模量及厚度、OLSM-25缓解层厚度对OLSM-25缓解层沥青路面结构的疲劳寿命具有显著影响作用。

重卡轮毂轴承接触应力分析及寿命预估

以圆锥滚子轴承为研究对象,利用ABAQUS建立其有限元模型,在径向、轴向载荷及预紧力的作用下,分析内外圈滚道的接触应力变化情况。结果表明:内外圈滚道的最大接触应力都发生在距离滚子大端约3 mm处,内滚道的最大接触应力大于外滚道的最大接触应力。利用Romax软件建立轮毂系统的刚性模型,根据不同工况的使用率和转速,设置相应的加载时间及功率载荷,研究轮毂轴承寿命及损伤率随温度的变化规律。通过对轮毂轴承接触应力分析及寿命预估,得出内圈与滚动体的接触处是轴承最容易损坏的部位,33213和33118轴承在100℃以下的环境中能够安全工作。

基于RecurDyn的三叉杆滑移式万向联轴器疲劳寿命预测

在运动学分析的基础上,运用RecurDyn软件建立三叉杆滑移式万向联轴器刚柔耦合动力学仿真模型,深入分析了传动元件滑杆的接触应力随输入轴和输出轴夹角、转动频率、负载等参数的变化规律。在此基础上,基于应力时间历程寿命计算准则对三叉杆滑移式万向联轴器进行疲劳寿命预测。研究结果为进一步分析三叉杆滑移式万向联轴器的动力学特性和润滑特性打下基础,为其结构设计和推广应用提供依据。

基于电机动态模型的电动汽车高速斜齿轮动载荷计算及寿命预测

与传统燃油汽车相比,电动汽车传动系统及其零部件通常在高频、强冲击、超长周次的动态载荷作用下运行,更易导致变速器齿轮发生接触疲劳破坏。为了准确计算电动汽车高速斜齿轮实际工况下的动态载荷,预测其使用寿命,以某定传动比变速器电动汽车为研究对象,建立车用永磁同步电机的矢量控制模型,基于瞬时道路工况对模型进行仿真,得到循环工况下驱动电机的动态转矩输出,并对实验结果进行验证;基于赫兹接触理论,以电机的动态转矩作为变速器驱动转矩,计算得到循环工况下高速斜齿轮接触疲劳危险位置的应力谱,并进行循环计数,获取了循环工况下高速斜齿轮接触应力幅值均值-频次关系。根据修正的P-S-N曲线及疲劳累积损伤理论,预测电动汽车变速器高速斜齿轮接触疲劳寿命,为电动汽车变速器齿轮动态疲劳寿命预测提供了理论方法。