棒材的斷裂設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵問題研究.pdf

1、目前,國內(nèi)外關(guān)于棒材斷裂設(shè)計(jì)的研究還比較少,特別是對(duì)材料在斷裂瞬時(shí)所發(fā)生的變化更鮮有涉及.此外,所進(jìn)行的一些研究也多是從功能性方面著眼的,即通過怎樣的途徑可以實(shí)現(xiàn)斷裂,這距離實(shí)際應(yīng)用的要求還相差很遠(yuǎn).實(shí)際應(yīng)用中要綜合考慮多種因素,包括能耗、成本、加工效率等.因此,必須解決一系列關(guān)鍵問題如最佳切口形式的設(shè)計(jì)、切口參數(shù)的確定方法、敏感應(yīng)力設(shè)計(jì)及載荷大小的確定方法等.針對(duì)這些問題,該課題主要進(jìn)行了以下一些工作:(1)對(duì)于棒料在疲勞斷裂中所發(fā)生

2、的變化,該文從一個(gè)全新的角度進(jìn)行了研究.應(yīng)用突變理論,以裂紋長度作為狀態(tài)變量,以載荷值及循環(huán)數(shù)作為控制變量,以棒料上的能量作為勢函數(shù)建立了疲勞斷裂過程的突變模型.利用該模型我們發(fā)現(xiàn),在系統(tǒng)的平衡曲面上存在有一葉不穩(wěn)定的平衡面,該平衡面即對(duì)應(yīng)于棒料在失穩(wěn)破壞瞬時(shí)的變化;另外,從突變模型還可以看出,棒料發(fā)生疲勞斷裂的必要條件是控制軌跡達(dá)到分歧點(diǎn)集.(2)切口設(shè)計(jì)是斷裂下料中的關(guān)鍵問題之一,該文在研究中打破以往的思維定勢,提出了一種全新的切口

3、形式——半V型切口.其在切口邊緣處的截面面積變化率更大,從而使切口根部軸向應(yīng)力和切向應(yīng)力的增大更加顯著.為了考察半V型切口的效率,該文首先利用MSC. Marc對(duì)相同載荷條件下四種不同切口棒料模型在切口根部的最大應(yīng)力進(jìn)行了比較,結(jié)果顯示半V型切口試樣的切口根部應(yīng)力最大.為了進(jìn)一步確認(rèn)這一結(jié)論,該文還通過試驗(yàn)對(duì)普通V型切口試樣與半V型切口試樣進(jìn)行了比較,結(jié)果顯示在其它條件相同的情況下,半V型切口試樣的疲勞周次比普通V型切口試樣要低15﹪~

4、20﹪,斷裂效率更高.關(guān)于切口的具體參數(shù),該文根據(jù)斷裂力學(xué)的有關(guān)知識(shí)并考慮了實(shí)際加工的影響因素之后,提出確定的方法.這對(duì)于斷裂下料方法的實(shí)際應(yīng)用具有指導(dǎo)意義.(3)載荷設(shè)計(jì)也是斷裂下料中的一個(gè)關(guān)鍵問題,該文對(duì)應(yīng)力狀態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了研究,利用MSC. Marc對(duì)不同加載方式下的切口棒料模型進(jìn)行了比較,得出旋轉(zhuǎn)彎曲載荷是最合適的加載方式.旋轉(zhuǎn)彎曲載荷有兩種常用的控制方式,該文分別給出了這兩種控制方式下載荷大小的確定原則.對(duì)于所需下料長度較小的情

5、況,該文也提出了相應(yīng)的解決辦法.(4)從加速疲勞斷裂過程的角度出發(fā),該文嘗試了對(duì)棒料在切口處進(jìn)行激光處理的方法.試驗(yàn)結(jié)果表明硬化區(qū)形狀的不同導(dǎo)致了疲勞性能的差異,具有較大軸向尺寸和較小徑向尺寸的硬化區(qū)會(huì)對(duì)試樣起到強(qiáng)化作用,而具有較小軸向尺寸和較大徑向尺寸的硬化區(qū)會(huì)加速疲勞的過程.這一結(jié)論不僅可以應(yīng)用于斷裂下料,而且對(duì)于激光強(qiáng)化處理也有一定的借鑒意義.隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,在很多行業(yè)如軸承、齒輪、汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)中,下料工序要處理大量的