高周循环载荷下超细晶纯钛的微动疲劳行为

发布时间：2022-01-25 18:10

　　微动疲劳是由于试样在承受外界交变载荷或交变应力而导致构件变形的现象,多存在于机械构件、航空航天动力装置、火车轮轨等紧密配合部件当中,被人们称为“工业癌症”。而钛及钛合金因为密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀性好等优点在工业中广泛应用,但对微动又极为敏感,引起了研究人员的广泛关注。本文主要研究超细晶纯钛的微动疲劳行为,使用工业纯钛（TA1）采用等径弯曲通道+旋锻变形得到超细晶纯钛,在电液伺服疲劳实验机上对超细晶纯钛进行微动疲劳实验,获得微动疲劳S-N曲线;采用SEM、TEM对微动疲劳接触磨损区和断口形貌进行观察,分析其磨损机理和断裂机理;使用ABAQUS软件建立圆柱-平面微动疲劳模型,研究轴向循环应力和摩擦系数对试样接触区应力应变分布的影响;使用改进后的Coffin-Manson公式建立超细晶纯钛的微动疲劳寿命预测模型,并通过与实验结果的对比来验证模型的准确性和可行性。经过实验和分析,获得以下结论:在赫兹接触理论的验证下使用ABAQUS软件建立圆柱垫-平板试样的有限元模型,将其误差限制在5%以内以确保有限元计算的准确性。通过研究发现,随着循环应力的增加,试样接触面上X方向上的最大拉应力也随之... 

【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 超细晶纯钛
        1.1.1 超细晶纯钛及其制备方法
        1.1.2 等径弯曲通道挤压技术
    1.2 微动疲劳
        1.2.1 微动疲劳的发展历程
        1.2.2 微动疲劳的概念
        1.2.3 微动疲劳的特点
        1.2.4 微动疲劳的影响因素
        1.2.5 材料的防护措施
    1.3 微动疲劳寿命研究进展
        1.3.1 微动疲劳寿命预测方法
        1.3.2 经验公式法
        1.3.3 国内外微动疲劳研究进展
    1.4 钛及钛合金的微动疲劳研究进展
    1.5 软件分析理论
    1.6 本文的主要研究内容及意义
2 实验方案
    2.1 实验材料
    2.2 实验方案
    2.3 实验内容
    2.4 超细晶纯钛的制备
        2.4.1 等通道挤压变形
        2.4.2 旋锻
    2.5 微动疲劳实验
        2.5.1 室温拉伸实验
        2.5.2 微动疲劳夹具设计
        2.5.3 微动疲劳实验
    2.6 微观组织
        2.6.1 金相组织观察
        2.6.2 微动疲劳断口观察
        2.6.3 TEM组织观察
3 超细晶纯钛微动疲劳过程的有限元模拟过程
    3.1 建立精确的有限元模型
        3.1.1 赫兹接触理论
        3.1.2 几何模型及材料
        3.1.3 定义分析步
        3.1.4 定义相互作用和施加载荷
        3.1.5 查看结果和精度控制
        3.1.6 圆柱微动块与平面试样的有限元模型建立
    3.2 轴向循环应力对试样接触区状态的影响
        3.2.1 轴向循环应力对试样接触区X方向拉应力的影响
        3.2.2 轴向循环应力对接触区Y方向应力的影响
        3.2.3 轴向循环应力对试样接触区XY方向应力的影响
        3.2.4 轴向循环应力对试样接触区等效应力的影响
    3.3 摩擦系数对试样接触面应力的影响
        3.3.1 摩擦系数对试样接触面接触状态的影响
        3.3.2 摩擦系数对X方向拉应力的影响
        3.3.3 摩擦系数对接触面Y方向压应力的影响
        3.3.4 摩擦系数对接触面XY方向应力的影响
        3.3.5 摩擦系数对接触面等效应力的影响
    3.4 本章小结
4 超细晶纯钛的微动疲劳实验
    4.1 超细晶纯钛的室温力学性能参数
    4.2 超细晶纯钛的微动疲劳
    4.3 超细晶纯钛的微动疲劳寿命预测
    4.4 微动疲劳微观组织分析
        4.4.1 微动接触面形貌分析
        4.4.2 疲劳断口分析
        4.4.3 透射组织分析
    4.5 本章小结
5 结论
参考文献
作者在读期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]变通道转角挤压成形钼丝的有限元模拟研究[J]. 任治国,石磊,刘爽,陈程阳.  有色金属材料与工程. 2019(03)
[3]ECAP对A390铝合金显微组织和拉伸性能的影响（英文）[J]. Esmaeil DAMAVANDI,Salman NOUROUZI,Sayed Mahmood RABIEE,Roohollah JAMAATI.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(05)
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博士论文
[1]几种金属材料弯曲微动疲劳试验研究[D]. 彭金方.西南交通大学 2012
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[3]高速列车车轴旋转弯曲作用下微动疲劳损伤研究[D]. 杨广雪.北京交通大学 2011
[4]高低周复合载荷下燕尾榫结构微动疲劳寿命研究[D]. 古远兴.南京航空航天大学 2007

硕士论文
[1]燕尾榫结构微动疲劳寿命预测分析[D]. 陈建军.宁波大学 2018
[2]基于有限单元法的表面涂层微动疲劳接触应力分析[D]. 刘明星.合肥工业大学 2012
[3]微动疲劳接触应力的有限元分析研究[D]. 欧红永.浙江工业大学 2009
[4]ECAP模具设计与制造及ECAP工艺对铜性能的影响[D]. 周怀存.兰州理工大学 2008
[5]燕尾榫结构微动疲劳寿命预测方法研究[D]. 杨万均.南京航空航天大学 2007
[6]45钢微动疲劳损伤及其寿命影响因素研究[D]. 陈水生.浙江工业大学 2006



本文编号：3609000