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激光熔化沉积柴油机凸轮轴裂纹扩展及疲劳数值模拟研究

发布时间:2022-12-04 21:19
  激光熔化沉积技术作为激光增材制造技术的一种,是集信息技术、材料技术、激光技术于一体的跨学科先进制造技术。凸轮轴是柴油机上重要的回转部件,大型复杂凸轮轴的加工一直是工程上的难点问题。激光熔化沉积技术凭借其在加工大型复杂结构方面的独特优势,为柴油机凸轮轴的生产加工提供了新的选择。本论文根据国家重点研发计划“高性能合金钢构件激光增材制造控形控性研究”(项目编号:2016YFB1100200)的要求,结合激光熔化沉积技术的特点,对激光熔化沉积凸轮轴服役工况下的裂纹扩展行为及疲劳寿命展开了研究。研究内容主要分为三部分:(1)设计并改进了 12CrNi2材料熔化沉积成形工艺路线,制备了标准拉伸试样和CCT试样;实施了标准拉伸试样的拉伸实验,测定了激光熔化沉积12CrNi2材料弹性模量及抗拉强度;依据标准实施了激光熔化沉积12CrNi2材料疲劳裂纹扩展速率实验,并结合理论方法,对材料中速扩展阶段的裂纹扩展曲线进行拟合,得到材料在中速扩展阶段的Paris模型参数C和m;依据标准,对激光熔化沉积12CrNi2材料疲劳裂纹扩展的门槛值△Kt进行了计算。(2)运用载荷离散法对凸轮轴上裂纹的应力强度因子变化曲... 

【文章页数】:97 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 激光熔化沉积技术研究现状
        1.2.2 凸轮轴国内外研究现状
        1.2.3 疲劳分析研究现状
    1.3 课题来源及主要研究内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 本论文主要研究内容
第二章 理论概述
    2.1 断裂力学基本概念
        2.1.1 裂纹的分类
        2.1.2 应力强度因子与断裂韧性
        2.1.3 断裂能量与J积分
    2.2 扩展有限元理论基础
        2.2.1 扩展有限元的位移模
        2.2.2 水平集法
    2.3 疲劳理论
        2.3.1 名义应力法基本理论
        2.3.2 疲劳裂纹扩展理论
    2.4 本章小结
第三章 实验研究
    3.1 激光熔化沉积成形工艺路线
        3.1.1 粉末处理
        3.1.2 打印设备
        3.1.3 打印参数
        3.1.4 热处理
    3.2 弹性模量和抗拉强度的测定实验
        3.2.1 实验原理
        3.2.2 试样加工
        3.2.3 实验操作
        3.2.4 实验结果及讨论
    3.3 材料的Paris常数C和m测定实验
        3.3.1 实验目的
        3.3.2 实验原理
        3.3.3 试样尺寸
        3.3.4 实验操作
        3.3.5 实验现象
        3.3.6 数据处理
    3.4 裂纹扩展门槛值的确定
    3.5 本章小结
第四章 柴油机凸轮轴疲劳裂纹扩展速率研究
    4.1 引言
        4.1.1 研究背景
        4.1.2 研究思路
    4.2 方法验证
        4.2.1 扩展有限元法计算
        4.2.2 理论计算
    4.3 柴油机凸轮轴疲劳裂纹扩展速率研究
        4.3.1 几何模型
        4.3.2 边界条件
        4.3.3 裂纹处理
        4.3.4 网格敏感性测试
        4.3.5 结果分析与讨论
    4.4 裂纹扩展行为影响因素研究
        4.4.1 裂纹方向
        4.4.2 裂纹深度
        4.4.3 裂纹位置
    4.5 本章小结
第五章 基于MSC.Fatigue的凸轮轴疲劳寿命研究
    5.1 引言
        5.1.1 研究背景
        5.1.2 研究思路
    5.2 柴油机凸轮轴疲劳寿命分析
        5.2.1 静强度分析
        5.2.2 网格划分
        5.2.3 疲劳寿命
    5.3 影响因素研究
        5.3.1 平均应力
        5.3.2 残余应力
        5.3.3 激光熔化沉积扫描方向优化选择
        5.3.4 裂纹
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件



本文编号:3709009

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