【摘 要】
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随着高端装备制造领域的发展,滚动轴承作为机械工业中被使用最广泛的部件之一,正面临更加严苛的工况条件,如循环的重载荷的持续作用、高速运转使摩擦副接触表面过热等。复杂多变的工况条件会使滚动轴承摩擦副接触表面承受极高的接触应力和热应力,导致接触区域疲劳损伤加速。即使接触表面得到足够充分的润滑和散热,裂纹也会从接触区域亚表面最大应力集中处萌生,尤其是在材料结构不连续的位置,比如晶界和夹杂。然后向表面扩散和
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51675287,52075271）； 宁波市自然科学基金（2019A610172）； 浙江省教育厅一般项目（Y201940908）；
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随着高端装备制造领域的发展,滚动轴承作为机械工业中被使用最广泛的部件之一,正面临更加严苛的工况条件,如循环的重载荷的持续作用、高速运转使摩擦副接触表面过热等。复杂多变的工况条件会使滚动轴承摩擦副接触表面承受极高的接触应力和热应力,导致接触区域疲劳损伤加速。即使接触表面得到足够充分的润滑和散热,裂纹也会从接触区域亚表面最大应力集中处萌生,尤其是在材料结构不连续的位置,比如晶界和夹杂。然后向表面扩散和分支,最终导致轴承内外圈滚道出现凹坑或剥落,造成滚动轴承的早期失效,严重影响装备的安全使用。因此,本文以接触力学和连续介质损伤力学为理论框架,采用图像矢量化方法还原滚动接触试样的亚表面形貌并以此建立内聚区模型,通过模拟晶界、夹杂边界及附件的疲劳损伤情况和热传导情况,了解并分析了滚动接触摩擦副接触亚表面裂纹萌生与扩展的机制。本文所做的主要工作及创新点如下:1.首先从对赫兹接触模型进行应力场分析入手,获取在既定载荷和边界条件下最大应力集中位置的分布及深度。并使用DLOAD及UTRACLOAD子程序调节法向载荷和径向载荷的比例,比较不同载荷施加情况对应力场的影响。2.通过图像矢量化方法读取SEM照片中滚动接触试样亚表面的晶界轨迹,并将图像以实际比例移入滚动接触模型亚表面区域。根据材料GCr15轴承钢的属性获取对应的Cohesive单元属性参数,然后通过Python脚本在晶界位置插入0厚度Cohesive单元,再对该内聚区模型进行疲劳损伤模拟,并与不考虑晶界时的应力结果进行比较。3.通过Python脚本实现滚动接触模型亚表面区域随机位置生成指定半径和间隙的圆形夹杂,并在夹杂边界插入基于材料GCr15属性的Cohesive单元,通过比较不同深度的夹杂边界的疲劳损伤情况,分析夹杂的存在对亚表面疲劳损伤情况的影响。4.考虑滚动接触摩擦生热对应力场和损伤演化过程的影响。将摩擦生热形成的温度场引入前述中的内聚区模型,比较热力耦合后应力分布、热量流动以及损伤演化的不同。
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