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阶梯轴几何参数及平均应力对其疲劳寿命的影响

作　者: 于立群
导　师: 李有堂
学　校: 兰州理工大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 阶梯轴疲劳寿命有限元法 ANSYS 过渡圆角半径直径比应力比
分类号: O346.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 155次
引　用: 3次
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内容摘要

在甘肃省人才工程基金和兰州理工大学学术梯队及特色研究方向基金资助下,开展了几何因素及平均应力对阶梯轴疲劳寿命影响的研究,为抗疲劳设计在工程中的应用提供有价值的参数。本文基于疲劳强度理论,探讨了影响疲劳寿命的主要因素,提出了本文所要研究的阶梯轴的模型。讨论了疲劳寿命预测的局部应力应变法,结合多轴疲劳寿命的预测思想,得到了以等效应变为损伤参量的疲劳寿命预测模型。讨论了材料塑性力学的基本法则,利用ANSYS软件建立了阶梯轴的有限元模型,有限元模型中阶梯轴采用了40Cr钢的弹塑性非线性循环本构关系。考虑阶梯轴的过渡圆角半径、直径比和应力比等参数,对阶梯轴过渡圆角处进行了应力、应变分析。选择Von Mises等效应力为本文所研究阶梯轴的低周疲劳寿命损伤参量,结合有限元分析结果进行了阶梯轴的低周疲劳寿命计算。计算结果表明轴的低周疲劳寿命随过渡圆角半径r的增加而增加,随直径比D/d的增加而降低,随着应力R比的增加而下降。过渡圆角半径和直径比对寿命的影响的原因是由于过渡圆角半径r和直径比D/d的变化,引起了过渡圆角处应力集中系数的变化。r减小,D/d增加,应力集中系数增加,疲劳寿命下降。应力比R对阶梯轴疲劳寿命的影响主要是因为应力比的提高,导致了平均应力也随之增加,循环载荷中的拉伸部分增大,从而导致疲劳寿命降低。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
插图索引  9-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 疲劳的研究内容及其历史发展进程  11-13
  1.3 轴类零件疲劳问题研究的现状综述  13-16
  1.4 课题的来源、研究目标和研究内容  16-18
    1.4.1 课题的来源  16
    1.4.2 课题的研究目标  16
    1.4.2 本文的研究内容  16-18
第2章阶梯轴疲劳寿命的影响因素  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 疲劳破坏机理  18-20
    2.2.1 疲劳裂纹萌生机理  18
    2.2.2 疲劳裂纹扩展机理  18-20
  2.3 轴类零件疲劳寿命的主要影响因素  20-25
    2.3.1 轴的疲劳寿命影响因素  20
    2.3.2 应力集中的影响  20-22
    2.3.3 平均应力的影响  22-24
    2.3.4 表面状态的影响  24
    2.3.5 几何尺寸的影响  24-25
  2.4 小结  25-26
第3章疲劳寿命预测模型  26-37
  3.1 引言  26
  3.2 疲劳寿命预测的局部应力应变法  26-31
    3.2.1 局部应力应变法的基本假设  26-27
    3.2.2 局部应力应变法估算构件疲劳寿命的步骤  27
    3.2.3 循环应力应变曲线  27-28
    3.2.4 局部应力应变的计算  28-30
    3.2.5 应变寿命关系  30-31
  3.3 多轴疲劳寿命预测模型  31-34
    3.3.2 多轴疲劳寿命预测的等效应变法  32-34
  3.4 任意材料平面上的应力、应变分析  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章阶梯轴应力应变的有限元计算  37-51
  4.1 有限元法概述  37-39
    4.1.1 有限元法分析过程  38-39
  4.2 材料非线性分析  39-43
    4.2.1 塑性力学的基本法则  40-42
    4.2.3 应力—应变关系  42-43
  4.3 ANSYS软件的弹塑性计算说明  43-45
    4.3.1 塑性理论的基本概念  43-44
    4.3.2 ANSYS软件的塑性分析选项  44-45
  4.4 轴的有限元计算  45-50
    4.4.1 轴的有限元计算模型  45-46
    4.4.2 载荷的施加  46
    4.4.3 轴的非线性材料曲线  46-47
    4.4.4 轴的有限元计算结果  47-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章阶梯轴参数对其疲劳寿命的影响  51-59
  5.1 引言  51
  5.2 阶梯轴疲劳寿命估算  51-53
  5.3 阶梯轴疲劳寿命影响因素的分析  53-58
    5.3.1 直径比(D/d)对阶梯轴低周疲劳寿命的影响  53-55
    5.3.2 过渡圆角半径r对阶梯轴低周疲劳寿命的影响  55-56
    5.3.3 平均应力对阶梯轴低周疲劳寿命的影响  56-58
  5.5 本章小结  58-59
总结与展望  59-61
  本文总结  59
  课题展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  65

阶梯轴几何参数及平均应力对其疲劳寿命的影响

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