本文關(guān)鍵詞：燕尾榫結(jié)構(gòu)微動疲勞有限元分析研究

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【摘要】：微動疲勞現(xiàn)象會加速零部件疲勞裂紋萌生與擴展,從而明顯降低構(gòu)件的服役壽命,是導(dǎo)致汽輪機、航空發(fā)動機葉片損傷失效的主要原因。葉片與輪盤連接的燕尾榫結(jié)構(gòu)由于受到復(fù)雜載荷作用,在榫頭與榫槽的接觸部位容易發(fā)生微動損傷。因此研究燕尾榫結(jié)構(gòu)微動疲勞現(xiàn)象有著重要的工程應(yīng)用價值。接觸強度分析和裂紋擴展研究是研究燕尾榫結(jié)構(gòu)微動現(xiàn)象的兩個關(guān)鍵問題。接觸強度計算可以通過有限元計算來實現(xiàn);擴展有限元法由于采用了具有不連續(xù)性質(zhì)的擴充形函數(shù)來描述裂紋尖端不連續(xù)性,因此可以使裂紋獨立于網(wǎng)格邊界,從而被廣泛應(yīng)用于裂紋問題的研究中。本文所做工作如下:(1)簡要介紹了擴展有限元法(XFEM)及其相關(guān)的斷裂理論。XFEM方面主要包括:XFEM基本原理、水平集函數(shù)追蹤裂紋的方法以及對裂紋尖端富集函數(shù)的描述。斷裂理論方面主要介紹了應(yīng)力強度因子的求解方法、裂紋萌生位置以及裂紋擴展方向的判定準(zhǔn)則。(2)建立燕尾榫結(jié)構(gòu)有限元模型,對燕尾榫結(jié)構(gòu)接觸區(qū)的高應(yīng)力梯度求解,分析接觸面上的應(yīng)力分布情況。在此基礎(chǔ)上,提出了疲勞裂紋萌生位置、萌生角度以及裂紋擴展方向的預(yù)測方法,進一步采用XFEM對燕尾榫結(jié)構(gòu)榫頭接觸區(qū)裂紋擴展進行數(shù)值模擬。將裂紋萌生位置以及裂紋萌生角度、裂紋擴展角度的分析結(jié)果與實驗結(jié)果、國外研究結(jié)果相對比,驗證XFEM用來模擬燕尾榫結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴展的可靠性。(3)對影響微動疲勞過程的摩擦系數(shù)、循環(huán)載荷應(yīng)力比以及接觸長度等有關(guān)參數(shù)進行了分析。結(jié)果表明:減少摩擦系數(shù)和增加接觸區(qū)尺寸是提高燕尾榫結(jié)構(gòu)疲勞強度的可靠方法。另外,微動疲勞接觸應(yīng)力參數(shù)隨著循環(huán)應(yīng)力比的增加有所增加。
【關(guān)鍵詞】：燕尾榫 XFEM 裂紋擴展 接觸應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH114
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景及意義13-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 微動研究發(fā)展歷程14-15
• 1.2.2 國內(nèi)外微動疲勞研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 燕尾榫微動疲勞研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 微動疲勞接觸分析研究17-18
• 1.2.5 微動疲勞影響因素研究18-20
• 1.3 本文的主要研究工作20-21
• 第2章 擴展有限元法及相關(guān)斷裂理論21-32
• 2.1 斷裂力學(xué)基本理論21-23
• 2.1.1 裂紋的基本類型21-22
• 2.1.2 能量釋放率理論22-23
• 2.2 應(yīng)力強度因子23-25
• 2.2.1 應(yīng)力外推法與位移外推法24-25
• 2.3 裂紋萌生位置及擴展方向判斷方法25-28
• 2.3.1 裂紋萌生位置的預(yù)測方法25-26
• 2.3.2 裂紋的萌生及擴展26-28
• 2.4 擴展有限元方法28-31
• 2.4.1 擴展有限元法研究裂紋擴展28-29
• 2.4.2 擴展有限元法的基本原理29
• 2.4.3 擴展有限元法的基本方程29
• 2.4.4 水平集方法29-30
• 2.4.5 裂紋尖端的富集函數(shù)30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 基于XFEM的燕尾榫結(jié)構(gòu)裂紋擴展分析32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 圓柱與平面接觸的有限元模型32-34
• 3.3 燕尾榫結(jié)構(gòu)接觸應(yīng)力分析34-35
• 3.4 裂紋萌生與擴展分析35-38
• 3.4.1 裂紋萌生位置預(yù)測35-37
• 3.4.2 裂紋萌生方向預(yù)測37-38
• 3.4.3 裂紋擴展方向預(yù)測38
• 3.5 斷裂準(zhǔn)則38-39
• 3.5.1 損傷起始準(zhǔn)則38-39
• 3.5.2 損傷演化準(zhǔn)則39
• 3.6 燕尾榫結(jié)構(gòu)接觸裂紋擴展分析39-41
• 3.6.1 Abaqus低周疲勞分析39-41
• 3.6.2 疲勞裂紋擴展分析41
• 3.7 與試驗結(jié)果、文獻結(jié)果對比討論41-44
• 3.7.1 與試驗結(jié)果對比討論41-42
• 3.7.2 與國外文獻研究結(jié)果對比討論42-44
• 3.8 本章小結(jié)44-45
• 第4章 微動疲勞影響因素分析45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 不同影響因素分析45-53
• 4.2.1 網(wǎng)格劃分尺度的影響45-47
• 4.2.2 摩擦系數(shù)的影響47-50
• 4.2.3 應(yīng)力比的影響50-51
• 4.2.4 接觸長度的影響51-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論與展望54-56
• 1. 論文總結(jié)54
• 2. 展望54-56
• 參考文獻56-64
• 致謝64-65
• 附錄A：攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文65

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本文編號：927329