發(fā)布時間：2017-05-18 19:09

  本文關鍵詞：基于隨機有限元仿真的一次性機械零件疲勞彈性失效研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：一次性機械零件特指從投入使用到報廢經歷時間相對較短的一類機械產品,在航空和軍事行業(yè)應用較多。相對常規(guī)機械零件,一次性機械零件除了使用時間短,承受的近屈服低周疲勞載荷和變形方式也與傳統(tǒng)機械的高周疲勞方式不同。本文使用疲勞彈性失效概念來衡量這一變形過程,使用疲勞彈性失效壽命來衡量這類產品的使用壽命,以0.2%殘余變形量為限提出了疲勞彈性失效設計準則。同時基于蒙特卡洛方法建立了隨機有限元模型用于疲勞彈性失效過程的仿真分析,并進行了相關實驗驗證,為一次性機械零件的設計和校核提出了一種新的思路和方向。首先,本文從理論層面出發(fā),深入研究了一次性機械零件的疲勞彈性失效機理,確定了該近屈服低周疲勞過程為混合強化與損傷累積的耦合過程,由彈塑性力學和損傷力學理論為基礎建立了該過程的增量應力應變本構模型,為仿真過程的研究提出了理論指導。其次,采用背散射電子衍射實驗等材料實驗,通過matlab數(shù)據(jù)擬合確立了金屬材料微觀層面力學性能的高斯分布形式,以該分布為基礎,導入matlab和Python語言混合編程方式建立的隨機有限元模型對疲勞彈性失效過程進行了仿真分析,確定了影響疲勞彈性失效壽命的多個控制因素,并按照一次性機械零件的載荷作用特點設計進行了一系列低周疲勞試驗,試驗結果符合仿真結果,說明了隨機有限元仿真模型的合理性。最后,根據(jù)一次性機械理念和疲勞彈性失效設計準則進行了一次性機械零件的設計實踐。按照某廠家給定的設計指標,設計了一次性用行星滾柱絲杠,通過與按常規(guī)設計方法得到的普通行星滾柱絲杠進行的參數(shù)對比,證實一次性用行星滾柱絲杠在設計尺寸、承受載荷和使用壽命方面更加符合原產品的設計使用要求,對比說明了在符合一次性機械零件使用特點的場合按疲勞彈性失效設計準則設計的一次性機械零件具有的優(yōu)越性。
【關鍵詞】：一次性機械 疲勞彈性失效 隨機有限元 低周疲勞實驗
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH114
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 一次性機械零件的概念及研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 一次性機械零件的疲勞彈性失效過程12-16
• 1.3.1 疲勞彈性失效設計準則的提出12-13
• 1.3.2 疲勞彈性失效過程的彈塑性變形理論13-14
• 1.3.3 適用于疲勞彈性失效過程的隨機有限元仿真14-16
• 1.4 本文的主要研究內容16-17
• 第2章 基于疲勞彈性失效的隨機有限元仿真模型的建立17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 疲勞彈性失效過程中彈塑性變形及損傷耦合理論研究17-23
• 2.2.1 應力應變本構模型17-21
• 2.2.2 損傷累積準則21-23
• 2.2.3 應變及損傷耦合分析23
• 2.3 隨機有限元仿真模型的算法流程23-28
• 2.3.1 使用泰森多邊形表征材料微觀結構23-26
• 2.3.2 使用高斯分布表征材料微觀力學性能分布26-27
• 2.3.3 載荷的施加和周期性邊界條件的建立27-28
• 2.4 隨機有限元仿真模型的控制參數(shù)研究28-31
• 2.4.1 常規(guī)拉伸試驗的仿真28-30
• 2.4.2 晶粒大小對材料力學性能仿真的影響30
• 2.4.3 晶粒圖譜對材料力學性能仿真的影響30-31
• 2.5 本章小結31-32
• 第3章 基于隨機有限元仿真模型的疲勞彈性失效仿真分析及其實驗驗證32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 確定仿真參數(shù)的納米壓痕實驗及背散射衍射實驗32-37
• 3.2.1 實驗試樣的制備32-33
• 3.2.2 顯微觀測及納米壓痕實驗結果33-34
• 3.2.3 實驗后期數(shù)據(jù)處理34-37
• 3.3 零件疲勞彈性失效過程隨機有限元仿真分析37-40
• 3.3.1 常規(guī)拉壓循環(huán)試驗的仿真與實驗對比37-38
• 3.3.2 峰值應力對拉壓仿真曲線的影響38-39
• 3.3.3 應力比對拉壓仿真曲線的影響39
• 3.3.4 晶粒譜分布對拉壓仿真曲線的影響39-40
• 3.4 循環(huán)軟化材料的應力控制低周疲勞實驗40-47
• 3.4.1 40Cr和鈦合金TC4實驗試樣的制備41-42
• 3.4.2 低周疲勞試驗方案42-43
• 3.4.3 試驗結果與仿真數(shù)據(jù)對比分析43-47
• 3.5 循環(huán)硬化材料的應力控制低周疲勞實驗47-50
• 3.5.1 不銹鋼304實驗試樣的制備47-48
• 3.5.2 低周疲勞試驗方案48
• 3.5.3 試驗結果與分析48-50
• 3.6 本章小結50-51
• 第4章 疲勞彈性失效設計準則在一次性用行星滾柱絲杠設計過程中的應用51-60
• 4.1 引言51
• 4.2 行星滾柱絲杠的設計要求與常規(guī)設計結果51-55
• 4.2.1 行星滾柱絲杠的設計和使用要求51-52
• 4.2.2 行星滾柱絲杠的結構方案52-53
• 4.2.3 行星滾柱絲杠的常規(guī)靜強度和疲勞強度校核53-55
• 4.3 基于一次性機械理念和疲勞彈性失效的行星滾柱絲杠設計55-58
• 4.3.1 允許疲勞彈性失效壽命范圍內行星滾柱絲杠參數(shù)設計55-56
• 4.3.2 外螺母、滾柱與絲杠接觸應力有限元分析56-58
• 4.4 一次性用行星滾柱絲杠設計結果與對比分析58-59
• 4.5 本章小結59-60
• 結論60-61
• 參考文獻61-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文65-67
• 致謝67

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 叢敏;一次性多用途炮射無人機[J];飛航導彈;2002年06期

2 劉宇杰;康國政;高慶;李釗;;循環(huán)軟化材料單軸時相關循環(huán)變形行為的實驗研究[J];工程力學;2008年03期

3 梁立孚,劉石泉;一般加載規(guī)律的彈塑性本構關系[J];固體力學學報;2001年04期

4 董杰;陳學東;范志超;江慧豐;姜恒;陸守香;;高溫316L鋼非線性疲勞蠕變損傷演化模型及其應用[J];機械強度;2011年04期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 焦文文;基于周期性邊界條件的顆粒增強金屬基復合材料棘輪行為的數(shù)值模擬[D];西南交通大學;2011年

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本文編號：376895