《拉扭多軸應力複合微動疲勞損傷機理基礎研究》是依託西南交通大學，由彭金方擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：拉扭多軸應力複合微動疲勞損傷機理基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：彭金方
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
拉扭多軸應力複合微動疲勞（簡稱拉扭微動疲勞）是指在循環拉壓應力和交變扭矩多軸應力耦合作用下，承受接觸載荷的構件在接觸表面發生微幅相對運動造成微動損傷，引起裂紋萌生擴展，導致材料提前失效，是拉壓和扭轉微動疲勞的複合形式，至今研究尚處於起步階段，缺乏系統認識。本研究通過新型拉扭複合微動試驗裝置的建立，實現微動位移和摩擦力的實時監控；對不同材料配副，在不同等效應力和應變下，進行不同試驗參數的拉扭微動疲勞研究，根據S~N曲線和不同微動區域特性，建立運行工況微動圖；結合微觀分析，系統研究該微動模式下白層的形成及演變規律、裂紋萌生及擴展行為、位錯狀態演變及整體疲勞與局部疲勞之間的競爭關係,並結合有限元數值模擬，揭示該複合微動疲勞的損傷機理。本研究不僅具有探索未知領域的科學價值，深化微動摩擦學基礎理論，而且有重要的工程套用背景，對高速列車車軸、電機轉軸、航空發動機等關鍵部件的微動損傷防護有重要參考價值.
結題摘要
本項目基於列車車軸輪座部位的服役特性，針對不同材料配副，在不同法向載荷和扭轉疲勞載荷條件下展開系統的扭轉微動疲勞試驗研究，獲取了不同材料的S~N曲線，與常規疲勞不同的是均顯示為“ɛ”型曲線，並且其P~N曲線顯示為“C”曲線特徵；隨著疲勞載荷的增加，使微動接觸區依次運行於部分滑移區，混合區和完全滑移區。在部分滑移區，微動損傷較為輕微，試樣表面出現輕微磨損，而未發現微觀裂紋，壽命較高；隨著循環載荷的增加，微動運行區將會逐漸朝混合區轉移，裂紋成為損傷的主要特徵，這將大大縮短扭轉微動疲勞壽命，這就對應著“ɛ”型曲線壽命最低點靠近；隨著疲勞載荷的進一步增加，微動運行區朝完全滑移區轉變，磨損變得相對較嚴重，而嚴重的磨損將表面微動裂紋在形核階段就被磨損去除，反而使微動疲勞壽命呈現相對較高的狀態。在微動運行區微觀位錯組態分析結果顯示：在低應力幅值疲勞狀態下，微觀位錯組態主要由平面滑移型位錯組態向孿晶結構演變，繼而發展成交叉孿晶結構，最終多孿生系統啟動演變成三叉孿晶結構。應力在三叉孿晶交叉位置集中並產生裂紋形核，微裂紋萌生；在較高應力幅值下，微觀位錯組態則由典型的波狀滑移型位錯結構同時組成，即產生胞狀亞結構、位錯牆結構、滑移駐留帶等，再結晶現象嚴重。結合以上研究結果，總結了扭轉微動疲勞損傷演變、微觀裂紋萌生及擴展行為和位錯狀態演變規律，建立了損傷模型,揭示扭轉微動疲勞的損傷機理。本研究不僅具有探索未知領域的科學價值，深化微動摩擦學基礎理論，而且有重要的工程套用背景，對高速列車車軸、電機轉軸、航空發動機等關鍵部件安全服役有效維護和相關損傷的防護有重要工程參考價值。本項目按計畫完成了各項研究內容，取得了預期研究成果，達到了預期研究目標。本研究已發表學術論文5篇，其中，SCI、EI收錄論文分別為3篇次和2篇次；申請實用新型和發明專利8項，已批准4項。項目負責人擔任第7屆表面工程國際會議組委會委員，積極參加國內外學術交流。本項目研究培養研究生6名，其中，畢業4名。
