低周疲劳下切口类缺陷的疲劳特性研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:honeykaka
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疲劳与断裂是机械零构件失效的一种主要形式。影响零构件疲劳寿命的因素很多,其中缺口效应是一个很重要的影响因素。缺口疲劳问题的研究由来已久并已经获得比较丰富的经验,形成了比较成熟的理论和技术体系,但在实际应用中由于缺口类型的繁多以及材料等因素的不同,所以要形成统一的缺口设计模型是有难度的。本文针对V型缺口试样和U型缺口试样建立了疲劳分析模型并进行研究,讨论了V型缺口参数和U型缺口参数的疲劳特性。首先,本文在抗疲劳设计理论的基础上,从工程实际出发,系统研究了V型缺口试样中V型缺口参数的疲劳特性。运用ANSYS有限元分析软件建立了V型缺口试样的三维有限元模型,进行了应力应变的分析,并得到了缺口试样根部的von mises应力应变云图。结合有限元的分析结果,主要开展了如下研究工作。1.缺口参数对理论应力集中系数Kt和疲劳缺口系数Kf的影响。缺口效应是影响零构件疲劳寿命的重要因素,而理论应力集中系数Kt和疲劳缺口系数Kf又是描述缺口件局部应力集中的严重程度和缺口疲劳强度的两个主要描述参量。对抗疲劳设计研究有重要的实际意义。通过实验对比,发现理论应力集中系数Kt和疲劳缺口系数Kf与缺口参数p、h、α的变化有关;其中圆角半径ρ对Kt和Kf的影响很大,两系数随着圆角半径ρ的增大而减小,说明圆角半径ρ的增大有利于减小应力集中;缺口深度h和缺口张角α对应力集中系数和疲劳缺口系数存在一定的影响,但影响并不大。2.缺口参数对缺口试样疲劳寿命的影响。进行抗疲劳设计理论研究的最终目的就是提高零构件的疲劳裂纹萌生寿命。本文运用ANSYS有限元软件建立了一系列缺口试样的有限元模型,并逐一进行应力应变分析。最后采用局部应力应变法进行了疲劳寿命预测。试验结果表明:圆角半径ρ和缺口深度h对对数疲劳寿命lg(2N)的影响很大,但疲劳寿命随缺口张角a的变化并不显著。然后,本文在V型缺口分析的基础上,最后一章讨论了U型缺口参数的疲劳特性。并得到了相关结论。
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