论文题目：考虑温度效应的燕尾榫高温微动疲劳寿命研究
摘要：微动磨损和微动疲劳广泛存在于轨道交通、航空航天、生物医学等领域中,其造成的微动损伤俗称工业中的“癌症”。压气机作为航空发动机的重要组成部件,服役于高温、高压、高转速的恶劣环境中,其燕尾榫结构在振动和周期性疲劳应力的作用下出现裂纹萌生,产生微动损伤,进而极大降低燕尾榫结构的使用寿命。所以,探究恶劣环境下温度效应对燕尾榫结构的微动损伤机制,准确预测其高温微动疲劳寿命尤为重要。本文以实际服役工况下的航空发动机压气机燕尾榫结构为研究对象,开展高温微动疲劳试验,探究其微动损伤机制,基于损伤力学理论模型建立考虑温度效应的燕尾榫高温微动疲劳寿命预测模型,同时探究不同因素对燕尾榫结构微动疲劳寿命的影响机制,为其结构设计和优化改进提供理论借鉴与技术支持。本文的研究内容具体如下:（1）首先,以航空发动机压气机燕尾榫结构为研究对象,设计了20℃与400℃下材料为GH4169的燕尾榫微动疲劳试验。基于试验件刚度改变与裂纹扩展同时发生的假设,采用位移-应变联合监测法,提出燕尾榫高温微动疲劳试验中裂纹萌生寿命的判断标准,并在后续试验中验证并应用了该标准。结果表明:燕尾榫结构均在接触区后缘出现微动疲劳裂纹,且高温极大地降低了微动疲劳寿命;同时,也证明了提出的裂纹萌生寿命判断标准的合理性、准确性和实用性。（2）然后,基于燕尾榫的高温微动疲劳试验,探究了高温对其微动疲劳损伤的影响机制,采用M Ciavarella与D A Hills提出的带圆弧平冲头接触理论求解了燕尾榫结构的接触应力,基于普渡大学提出的微动疲劳连续损伤累积模型,提出了考虑温度效应的燕尾榫高温微动疲劳寿命预测模型并通过试验进行验证。结果表明:所提模型与试验数据之间具有良好的相关性,其相关系数r=0.99;同时,证明了该模型具有良好的预测精度,其预测误差小于19.24%。（3）最后,选取燕尾榫结构微动应力、Ruiz参数及摩擦功等评价指标,借助ABAQUS软件平台对不同实际服役工况下的燕尾榫结构进行仿真计算。进而分析摩擦系数、载荷、温度、圆弧尺寸等因素对以上评价指标的作用机制,从而探明多因素耦合条件下燕尾榫结构的高温微动疲劳寿命的内在规律。研究结果表明:不同因素对燕尾榫结构的微动损伤影响机制不同,载荷与高温影响最为显著,摩擦系数次之,圆弧半径影响最弱。
关键词：燕尾榫结构;高温微动疲劳;温度效应;寿命预测
学科专业：机械工程（专业学位）
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 高温对微动疲劳影响分析
1.2.2 高温微动疲劳试验研究
1.2.3 微动疲劳寿命预测方法研究
1.3 本文主要研究内容与技术路线
1.4 本章小结
2 燕尾榫微动疲劳试验
2.1 引言
2.2 试验材料
2.3 燕尾榫常温微动疲劳试验
2.3.1 试验设备
2.3.2 试验样件
2.3.3 试验方案与试验流程
2.4 燕尾榫高温微动疲劳试验
2.4.1 试验设备
2.4.2 试验夹具与试验样件
2.4.3 试验方案与试验流程
2.4.4 裂纹萌生寿命的确定
2.5 燕尾榫微动疲劳试验结果分析
2.6 本章小结
3 考虑温度效应的燕尾榫高温微动疲劳寿命预测模型的建立
3.1 引言
3.2 微动疲劳损伤累积模型
3.3 考虑温度效应的燕尾榫高温微动疲劳损伤累积模型
3.3.1 考虑温度效应的微动疲劳损伤累积模型的提出
3.3.2 微动应力的确定
3.3.3 模型参数的确定
3.4 考虑温度效应的燕尾榫高温微动疲劳寿命预测模型的验证
3.5 本章小结
4 燕尾榫高温微动疲劳寿命影响因素分析
4.1 引言
4.2 高温燕尾榫有限元分析
4.2.1 材料参数的确定
4.2.2 有限元模型的建立
4.2.3 网格收敛性及仿真准确性分析
4.2.4 结构危险点的确定
4.3 高温环境下微动疲劳影响因素分析
4.3.1 温度对微动疲劳的影响
4.3.2 摩擦系数对微动疲劳的影响
4.3.3 载荷对微动疲劳的影响
4.3.4 圆弧半径对微动疲劳的影响
4.4 本章小结
5 结论与展望
5.1 本文主要研究内容和结论
5.2 后期工作展望
参考文献
致谢