表面應(yīng)力集中系數(shù)與應(yīng)力梯度及其疲勞演化研究.pdf

1、機械零部件的壽命問題是限制機械行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，機加工后的表面形貌很大程度上影響著零部件的疲勞壽命。表面形貌中的波谷與廣義的缺口類似，在循環(huán)載荷作用下這些波谷處不可避免地要因為應(yīng)力集中，成為零件的薄弱環(huán)節(jié)和斷裂源，因此研究零部件表面形貌的應(yīng)力集中非常必要。相比應(yīng)力集中系數(shù)，應(yīng)力梯度是另一個重要參數(shù)。本文對二維隨機表面形貌應(yīng)力集中系數(shù)和應(yīng)力梯度的計算方法及疲勞演化進行研究，主要工作如下:
　　(1)理論推導(dǎo)二維隨機表面應(yīng)力集中系數(shù)

2、和應(yīng)力梯度解析解:a.運用傅里葉級數(shù)對二維隨機表面形貌進行重構(gòu)，建立精確的濾波條件，重構(gòu)表面與測量表面相對誤差小于1％;b.基于輕微擾動平面應(yīng)力場解析解，得到二維隨機表面應(yīng)力集中系數(shù)和應(yīng)力梯度解析解，并利用有限元方法驗證解析解的正確性;c.提取表面形貌谷底處的應(yīng)力集中系數(shù)及應(yīng)力梯度，將整個表面連續(xù)的應(yīng)力集中系數(shù)及應(yīng)力梯度轉(zhuǎn)化為波谷處的離散值，并視為二維隨機變量，得到二維聯(lián)合分布函數(shù);d.計算非均勻載荷下余弦表面的應(yīng)力集中系數(shù)和應(yīng)力梯度。

3、發(fā)現(xiàn)均勻載荷的應(yīng)力集中系數(shù)解析解仍然適用，但應(yīng)力梯度則增加了非均勻載荷的梯度部分，為計算真實零件復(fù)雜服役狀態(tài)的應(yīng)力集中系數(shù)和應(yīng)力梯度奠定基礎(chǔ)。
　　(2)借助單晶材料沒有晶界、微結(jié)構(gòu)均勻的獨特優(yōu)勢，本文對鎳基單晶進行正弦加載應(yīng)力比R=0.1的疲勞試驗。每循環(huán)一定周次后測量試樣的表面形貌，探究在疲勞過程中表面形貌的演化規(guī)律，得到如下結(jié)論:a.隨著疲勞周次的增加，表面形貌發(fā)生變化，在較高應(yīng)力水平下，波峰越來越高，波谷越來越深;在較低應(yīng)