机械工程学报

作者：董庆兵, 陈壮, 罗振涛, 张杰, 魏静

单位：1. 重庆大学机械传动国家重点实验室 重庆 400044;2. 重庆大学机械与运载工程学院 重庆 400044;3. 西南石油大学机电工程学院 成都 610500

关键词：微动接触,部分滑移,多轴疲劳,临界平面法,疲劳断裂；

基金：国家重点研发计划(2020YFB2010100)、国家自然科学基金(51905051,52275175)和机械传动国家重点实验室(SKLMT-ZZKT-2021M06)资助项目。

工程机械中常用的连接结构由两个或多个零件紧密配合而成，在运行过程中接触的零件相互挤压的同时伴随有小幅相对滑动，易发生微动疲劳。微动疲劳主要分为疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展和快速断裂三个阶段，连接结构中的零件断裂可引起严重事故。现有的研究主要基于经过简化的二维平面应变模型，为了更清楚地了解微动疲劳的断裂机制，首先建立了微动条件下的三维线接触有限元模型，然后基于临界平面法分析了裂纹萌生寿命、位置和角度，最后基于线弹性断裂力学模拟了三维疲劳裂纹扩展过程。结果表明：在微动载荷的作用下，裂纹以一定倾斜角度在接触区域边缘处萌生，先沿着萌生方向逐渐扩展，当疲劳裂纹扩展至一定深度时，在循环体应力作用下，其方向逐渐变为垂直于接触表面，最终使试件断裂。裂纹萌生阶段的寿命远大于扩展阶段的寿命，占微动疲劳寿命的70%～80%。计算得到的疲劳寿命与文献中微动试验的寿命结果在2倍的分散带内，验证了该方法的有效性。该仿真分析方法可为连接结构的抗微动疲劳设计提供理论基础。

来源：2024年第8期

《机械工程学报》期刊编辑部

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