軸承鋼GCr15滾動接觸低周疲勞壽命研究.pdf

1、在航天以及軍事領域應用的滾動軸承，有時會出現(xiàn)短時間內(nèi)工作載荷超過額定靜載荷數(shù)倍的過載情況，導致在滾動接觸區(qū)域軸承鋼產(chǎn)生彈塑性變形，進而引起軸承的低周疲勞失效。此外，若軸承鋼材料內(nèi)部存在缺陷如夾雜、氣孔等，常導致材料局部應力集中，疲勞裂紋將由這些位置萌生和擴展并形成疲勞失效。但是目前缺乏針對軸承鋼材料的彈塑性應力應變響應研究，難以對過載工況下的滾動軸承進行精確的低周疲勞壽命預測。而研究過載滾動接觸下無缺陷及含缺陷軸承鋼的彈塑性應力應變響應

2、規(guī)律及滾動接觸低周疲勞壽命，能夠為預測過載滾動軸承的低周疲勞壽命提供一種新的方法，因此具有重要的理論及應用意義。
　　本文以軸承鋼GCr15為研究對象，基于能夠準確描述循環(huán)載荷下材料行為的非線性各向同性/隨動硬化材料模型，分別建立GCr15無缺陷及含缺陷(孔)的滾動接觸有限元模型，研究承受循環(huán)滾動接觸過載載荷的GCr15應力的變化及分布規(guī)律、塑性應變的變化及分布規(guī)律、材料的棘輪效應和塑性安定現(xiàn)象；分析了不同摩擦系數(shù)對過載滾動接觸下

3、GCr15的塑性應變的影響；研究了缺陷對過載滾動接觸下應力應變的影響。在有限元分析的基礎上，結(jié)合Jiang損傷壽命模型計算GCr15的滾動接觸低周疲勞裂紋啟裂壽命，研究其在不同載荷下分布及變化規(guī)律，并進行試驗驗證；研究缺陷對GCr15滾動接觸低周疲勞裂紋啟裂壽命的影響。
　　文中主結(jié)論如下：(1)過載滾動接觸下，GCr15次表面等效應力超過材料屈服強度，材料發(fā)生塑性變形；隨著過載載荷的不斷增加，超過材料屈服極限的等效應力在深度上的

4、范圍越來越大，塑性變形的范圍也越大。(2)在循環(huán)的過載載荷作用下，滾動接觸次表面形成塑性層；塑性變形通過棘輪效應逐漸累積，隨載荷循環(huán)棘輪效應逐漸減弱；在經(jīng)過20個應力循環(huán)后，逐漸達到塑性安定狀態(tài)。(3)材料內(nèi)部缺陷會產(chǎn)生局部應力集中，導致應力影響范圍加深，且由應力集中導致的應力值普遍大于由于滾動接觸導致的次表面的應力峰值；缺陷周向不同角度應力大小不同，平行于接觸面的方向上應力最大。(4)缺陷處發(fā)生較大塑性變形，塑性變形通過棘輪效應增加;