本文關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)特征載荷作用下緊固面微動疲勞損傷機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 內(nèi)燃機(jī) 微動疲勞 接觸力學(xué) 有限元 螺栓連接 壽命預(yù)測 臨界面法

【摘要】：內(nèi)燃機(jī)是由眾多零件通過螺栓、過盈等緊固方式相互聯(lián)接的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)。由于材料和表面工藝的不同,零件間存在接觸性質(zhì)不同的接觸面。在內(nèi)燃機(jī)工作狀態(tài)下,接觸面承受預(yù)緊力和外部交變載荷的共同作用,容易在接觸面附近發(fā)生微動損傷,加速零部件的失效。隨著內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度的不斷提高,以微動疲勞損傷失效為主要原因的內(nèi)燃機(jī)事故頻發(fā),成為造成內(nèi)燃機(jī)失效的主要原因之一。但是內(nèi)燃機(jī)典型特征載荷作用下的微動疲勞損傷規(guī)律并沒有得到系統(tǒng)的研究,這是由于其在接觸形式和載荷特征方面存在以下特點(diǎn):由于周期性爆發(fā)壓力和眾多運(yùn)動零部件之間的復(fù)雜連接關(guān)系,發(fā)動機(jī)接觸面通常承受周期性的法向與切向循環(huán)載荷,而普通微動疲勞實(shí)驗(yàn)只考慮了切向循環(huán)載荷的作用。本課題以工程實(shí)際中內(nèi)燃機(jī)機(jī)體隔板的微動失效事故為切入點(diǎn),通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,揭示內(nèi)燃機(jī)微動損傷機(jī)理,提出適合內(nèi)燃機(jī)典型結(jié)構(gòu)、材料和載荷特征的微動損傷模型,獲得內(nèi)燃機(jī)相關(guān)因素對微動疲勞損傷的影響規(guī)律。主要內(nèi)容如下:(1)通過對微動疲勞損傷機(jī)理和大量的微動疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析研究,提出了適用于微動疲勞的微動損傷相關(guān)系數(shù)(fretting related damage parameter,簡稱FRD系數(shù)),該系數(shù)結(jié)構(gòu)簡潔,意義明確,反映了微動疲勞參數(shù)與微動損傷的關(guān)系;(2)提出了基于臨界面法的微動疲勞損傷分析方法,應(yīng)用FRD系數(shù)對普通疲勞模型進(jìn)行了改進(jìn)以適用于微動疲勞的情況。該方法充分利用了普通疲勞成熟的研究成果,揭示了微動疲勞和普通疲勞之間的關(guān)系。此外,該方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測微動疲勞裂紋的萌生位置,裂紋走向和疲勞壽命;(3)針對V型內(nèi)燃機(jī)機(jī)體隔板與主軸承蓋螺栓連接的微動疲勞現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。提出了適用于該結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)試件實(shí)驗(yàn)研究方法和流程。搭建了微動疲勞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了微動疲勞實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),裂紋萌生于接觸面中部,初始裂紋與接觸面成17~33夾角,而后轉(zhuǎn)向與接觸面垂直的方向。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際疲勞損傷情況相吻合。(4)針對內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了接觸有限元分析,分別考察了預(yù)緊工況和爆發(fā)(加載)工況下的緊固面上的應(yīng)力場分布,發(fā)現(xiàn)較之預(yù)緊工況,接觸應(yīng)力在爆發(fā)缸同側(cè)明顯減小,有脫離接觸的趨勢。爆發(fā)缸異側(cè)接觸應(yīng)力明顯增大,有相互切入的趨勢。(5)綜合分析結(jié)構(gòu)試件實(shí)驗(yàn)和有限元分析結(jié)果揭示了內(nèi)燃機(jī)典型載荷下緊固面微動疲勞損傷的機(jī)制。發(fā)現(xiàn)影響其微動疲勞損傷的主要因素為螺栓預(yù)緊力和由主軸承載荷偏載所產(chǎn)生的附加翻轉(zhuǎn)力矩。研究表明適當(dāng)增加螺栓預(yù)緊力,采用長裙部的帶橫向緊固螺栓的機(jī)體設(shè)計(jì)可以緩解內(nèi)燃機(jī)緊固面微動疲勞的發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】：內(nèi)燃機(jī) 微動疲勞 接觸力學(xué) 有限元 螺栓連接 壽命預(yù)測 臨界面法
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 第1章 緒論17-34
• 1.1 本論文研究的目的和意義17-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢18-31
• 1.2.1 微動疲勞機(jī)理研究概況18-21
• 1.2.2 微動疲勞的主要影響因素21-23
• 1.2.3 微動疲勞損傷的研究方法23-24
• 1.2.4 微動疲勞的實(shí)驗(yàn)研究方法24-26
• 1.2.5 接觸力學(xué)的發(fā)展概況26-28
• 1.2.6 螺栓連接疲勞問題發(fā)展概況28-29
• 1.2.7 內(nèi)燃機(jī)微動疲勞問題研究現(xiàn)狀29-31
• 1.3 本論文的研究內(nèi)容31-34
• 第2章 微動疲勞損傷模型34-67
• 2.1 引言34
• 2.2 微動疲勞典型實(shí)驗(yàn)的原理及主要控制參數(shù)34-35
• 2.3 接觸力學(xué)在微動疲勞研究中的應(yīng)用35-44
• 2.3.1 彈性接觸的Hertz理論36-39
• 2.3.2 非協(xié)調(diào)接觸的初始滑動問題39-42
• 2.3.3 考慮遠(yuǎn)端載荷時(shí)的初始滑動問題42-44
• 2.4 微動疲勞損傷模型的建立44-53
• 2.4.1 微動疲勞參數(shù)對微動疲勞行為的影響分析44-47
• 2.4.2 微動損傷相關(guān)系數(shù)的建立47-50
• 2.4.3 多軸疲勞的臨界面法50-53
• 2.5 微動疲勞損傷模型預(yù)測結(jié)果分析53-65
• 2.5.1 微動疲勞實(shí)驗(yàn)簡介54-55
• 2.5.2 接觸區(qū)應(yīng)力場分布有限元分析55-57
• 2.5.3 微動疲勞行為預(yù)測方法研究57-60
• 2.5.4 微動疲勞模型預(yù)測結(jié)果及適用性分析60-65
• 2.6 本章總結(jié)65-67
• 第3章 內(nèi)燃機(jī)微動疲勞損傷的實(shí)驗(yàn)研究67-84
• 3.1 引言67
• 3.2 V型內(nèi)燃機(jī)載荷模式分析67-71
• 3.2.1 V型內(nèi)燃機(jī)典型工況受力分析67-70
• 3.2.2 V型內(nèi)燃機(jī)主軸承載荷的典型模式分析70-71
• 3.3 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)71-72
• 3.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)72-75
• 3.5 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)75-81
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)載荷的確定76
• 3.5.2 螺栓預(yù)緊力的測量與施加76-81
• 3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果81-83
• 3.7 本章總結(jié)83-84
• 第4章 內(nèi)燃機(jī)典型載荷下接觸行為有限元分析84-108
• 4.1 引言84
• 4.2 有限元接觸算法84-91
• 4.2.1 接觸系統(tǒng)的約束條件84-85
• 4.2.2 接觸問題的虛位移原理85-86
• 4.2.3 接觸問題的數(shù)值算法86-88
• 4.2.4 有限元接觸問題分析中的幾個(gè)問題88-91
• 4.3 子模型法91-96
• 4.3.1 局部子模型的建立91-92
• 4.3.2 子模型接觸分析流程92-96
• 4.4 緊固面接觸有限元計(jì)算結(jié)果分析96-106
• 4.4.1 機(jī)體隔板與主軸承蓋緊固面接觸分析結(jié)果96-103
• 4.4.2 結(jié)構(gòu)模型接觸分析結(jié)果103-106
• 4.5 本章總結(jié)106-108
• 第5章 內(nèi)燃機(jī)典型載荷下緊固面微動疲勞機(jī)理及預(yù)防措施108-117
• 5.1 引言108
• 5.2 內(nèi)燃機(jī)典型載荷下的緊固面微動疲勞行為和機(jī)理研究108-111
• 5.2.1 內(nèi)燃機(jī)機(jī)體微動疲勞行為分析108-109
• 5.2.2 V型內(nèi)燃機(jī)機(jī)體與主軸承蓋緊固面微動疲勞機(jī)理109-111
• 5.3 緩解內(nèi)燃機(jī)微動疲勞的措施111-114
• 5.4 本章總結(jié)114-117
• 結(jié)論117-120
• 本文的主要結(jié)論117-118
• 本文的創(chuàng)新點(diǎn)118
• 展望與設(shè)想118-120
• 參考文獻(xiàn)120-129
• 附錄129-133
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單133-134
• 致謝134-135
• 作者簡介135

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李旭東;穆志韜;賈明明;;加載頻率對航空鋁合金腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響[J];機(jī)械工程材料;2014年07期

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本文編號：1132424