發(fā)布時(shí)間：2020-09-24 11:52

　　 在機(jī)械設(shè)備的使用過(guò)程中,很多設(shè)備受到的振動(dòng)源不止一個(gè),設(shè)備中廣泛使用的軸類構(gòu)件也因此會(huì)承受復(fù)合頻率的激振,在加工和使用軸類構(gòu)件的過(guò)程中,各種缺陷是不可避免的,帶缺陷的軸類構(gòu)件在復(fù)合頻率激振的加載下,會(huì)萌生裂紋,并且在持續(xù)不斷的加載下,缺陷部位的裂紋會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展,直至構(gòu)件整體斷裂。在缺陷部位的裂紋萌生后,需要對(duì)軸類構(gòu)件進(jìn)行損傷容限設(shè)計(jì):在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi),含有缺陷或萌生裂紋的軸類構(gòu)件在其承載不減弱的前提下,使其不會(huì)由于缺陷或裂紋的存在而發(fā)生災(zāi)難性破壞,保證一定期間內(nèi)軸類構(gòu)件的安全。因此,為了維護(hù)和保證構(gòu)件的正常使用,預(yù)防裂紋的萌生、預(yù)測(cè)裂紋的擴(kuò)展行為,本文對(duì)復(fù)合頻率激振下軸類構(gòu)件的斷裂行為進(jìn)行研究。主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)探究軸類構(gòu)件疲勞斷裂原理,將軸類構(gòu)件的斷裂過(guò)程劃分為裂紋萌生前和裂紋擴(kuò)展兩個(gè)階段,分析和研究這兩個(gè)階段,并選取適用于這兩個(gè)階段的公式。介紹和分析了斷裂力學(xué)重要參量應(yīng)力強(qiáng)度因子,分析了雙頻激振系統(tǒng)的原理。為保證試驗(yàn)中裂紋能夠快速穩(wěn)定地?cái)U(kuò)展,建立基于雙頻激振系統(tǒng)的軸類構(gòu)件激振方程,通過(guò)分析軸類構(gòu)件的激振特性,得到系統(tǒng)頻率控制的區(qū)間。通過(guò)推導(dǎo)的軸類構(gòu)件裂紋萌生所需激振力,最終確定系統(tǒng)的頻率控制曲線。在軸類構(gòu)件斷面質(zhì)量可控性研究中,提出一種更有效的斷面質(zhì)量評(píng)定方法。(2)提出帶V形缺口軸和帶V形缺口空心軸的裂紋擴(kuò)展壽命模型,編制應(yīng)力譜,將軸類構(gòu)件危險(xiǎn)部位處受到的復(fù)雜應(yīng)力進(jìn)行處理,以應(yīng)用于相關(guān)公式。根據(jù)斷裂力學(xué)相關(guān)知識(shí)推導(dǎo)得出帶V形缺口軸和帶V形缺口空心軸的應(yīng)力強(qiáng)度因子解析表達(dá)式,并最終得到帶V形缺口軸和帶V形缺口空心軸的裂紋擴(kuò)展壽命模型,分析模型,得到規(guī)律。通過(guò)帶V形缺口軸和帶V形缺口空心軸的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn),驗(yàn)證這些規(guī)律的正確性。(3)提出一種應(yīng)用于階梯軸低周斷裂的等效建模方法,通過(guò)有限元分析,結(jié)合斷裂力學(xué)相關(guān)理論,分析階梯軸和帶V形缺口軸兩種模型重點(diǎn)考察的局部區(qū)域的可等效性。將這種利用等效建模思想、同時(shí)結(jié)合有限元分析以及斷裂力學(xué)相關(guān)理論的應(yīng)用方法歸納為等參數(shù)建模法,依據(jù)此法得到適用于本文系統(tǒng)下的等效建模表。通過(guò)雙頻激振等效試驗(yàn),證明在等參數(shù)建模法在本試驗(yàn)設(shè)備下適用,帶V形缺口軸和階梯軸在低周斷裂下的等效性與研究結(jié)果一致。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH133.2;TG115
【部分圖文】：

1 研究背景軸類構(gòu)件是機(jī)械工程中典型的零件之一，廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際中，它主要用來(lái)支零件、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力[1]。軸類構(gòu)件在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)有各種各樣的缺陷，如鑄造時(shí)產(chǎn)生疏松和縮孔、金屬冶煉時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣孔和夾渣、加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生刻槽和刀痕、焊會(huì)產(chǎn)生咬邊和裂縫等，同時(shí)軸類構(gòu)件在各種惡劣環(huán)境下[3]會(huì)產(chǎn)生疲勞和腐蝕，直至生裂痕，在斷裂力學(xué)中可將上述缺陷簡(jiǎn)化為缺口，而軸類構(gòu)件中一類常見(jiàn)的缺口 V 形缺口，如階梯軸軸階、齒根和退刀槽等。另外，多數(shù)工作環(huán)境下，軸類構(gòu)件激振載荷的頻率并不單一，往往是不同頻率激振載荷的疊加，如汽車內(nèi)燃機(jī)、齒以及宇航發(fā)動(dòng)機(jī)高溫結(jié)構(gòu)元件會(huì)承受復(fù)雜的激振應(yīng)力，由此可以看出，在軸類構(gòu)生產(chǎn)制造中，表面會(huì)不可避免的出現(xiàn)缺陷，在軸類構(gòu)件的使用過(guò)程中，會(huì)承受復(fù)交變載荷，此時(shí)由于缺口效應(yīng)的影響，在軸類構(gòu)件 V 形缺口處，很容易萌生裂紋終導(dǎo)致軸類構(gòu)件整體斷裂，例如承受復(fù)雜交變應(yīng)力的車軸、用于鑿巖而承受高頻的釬桿、變速箱中承受復(fù)雜激振力而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的的多臺(tái)階階梯軸等[2]，車軸的裂如圖 1-1 所示。

第一章 緒論第六章：試驗(yàn)研究。分為兩個(gè)試驗(yàn)，帶 V 形缺口軸和帶 V 形缺口空心軸的雙頻激振裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果是否與本文由裂紋擴(kuò)展壽命模型分析得到的規(guī)律一致雙頻激振等效試驗(yàn)，在一定誤差范圍內(nèi)，本試驗(yàn)設(shè)備條件下，驗(yàn)證等效建模表中一部分?jǐn)?shù)據(jù)模型的可等效性，以及等參數(shù)建模法的適用性。第七章：總結(jié)與展望。對(duì)于課題的研究?jī)?nèi)容歸納總結(jié)，并指出課題后續(xù)需要完善和深入研究的部分。1.4.2 論文研究路線本文研究的技術(shù)路線如圖 1-2 所示。

金屬疲勞理論和斷裂力學(xué)相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，分別上，本章將首先從疲勞壽命長(zhǎng)短的角度，確立復(fù)合區(qū)域，并分析和選取適用于本文的疲勞壽命估算方裂紋擴(kuò)展的三個(gè)階段，并選取適用于本文的裂紋擴(kuò)下軸類構(gòu)件的裂紋擴(kuò)展壽命模型。最后，選取合適型中的重要參量：應(yīng)力強(qiáng)度因子，通過(guò)對(duì)裂紋前沿，確立裂紋擴(kuò)展的類型，分析裂紋擴(kuò)展的可行性。裂紋萌生前階段疲勞分類料都有自身的疲勞極限，無(wú)論是在工程應(yīng)用還是學(xué)壽命設(shè)計(jì)的依據(jù)之一[31-32]，也是衡量材料疲勞性能可以分為三個(gè)區(qū)域[33]，如圖 2-1 所示，圖中橫縱坐勞極限。

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