[發明專利]基于應力強度因子評估軸承滾道次表面疲勞損傷度的方法

有效

• 申請號: 201310028466.8
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103105467A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 華林;韓星會;鄧松
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

1.一種基于應力強度因子評估軸承滾道次表面疲勞損傷度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，建立含有材料缺陷的軸承模型，并進行網格劃分，在軸承模型的材料缺陷位置設置裂紋萌生種子和裂紋生長參考方向；

S2，指定軸承徑向載荷和旋轉力矩，根據節點位移方程計算裂紋頂應力強度因子，計算方程如下：

u(ξ,η,ρ)=Σj=1rNj(ξ,η,ρ)uj+Z0(ξ,η,ρ){KI(Γ)F1(ξ,η,ρ)+KII(Γ)G1(ξ,η,ρ)+KIII(Γ)H1(ξ,η,ρ)}]]>

v(ξ,η,ρ)=Σj=1rNj(ξ,η,ρ)vj+Z0(ξ,η,ρ){KI(Γ)F2(ξ,η,ρ)+KII(Γ)G2(ξ,η,ρ)+KIII(Γ)H2(ξ,η,ρ)}]]>

w(ξ,η,ρ)=Σj=1rNj(ξ,η,ρ)wj+Z0(ξ,η,ρ){KI(Γ)F3(ξ,η,ρ)+KII(Γ)G3(ξ,η,ρ)+KIII(Γ)H3(ξ,η,ρ)}]]>

式中，u(ξ，η,ρ)、v(ξ，η,ρ)和w(ξ，η,ρ)是裂紋尖端節點的位移；u_j，v_j和w_j是第j節點的位移；N_j(ξ，η,ρ)是單元形狀函數；Z₀(ξ，η,ρ)是歸零函數；F_i(ξ，η,ρ)、G_i(ξ，η,ρ)、H_i(ξ，η,ρ)表示全局坐標系中，三種裂紋模式的裂紋頂漸近線位移函數，i=1,2,3，i=1表示張開型裂紋模式，i=2表示滑開型裂紋模式，i=3表示撕開型裂紋模式；

通過上述方程得到裂紋頂的張開型、滑開型和撕開型裂紋萌生模式應力強度因子K_Ⅰ(Γ)、K_Ⅱ(Γ)和K_III(Γ)表達式如下：

KI(Γ)=Σi=1sNi(Γ)KIi,]]>KII(Γ)=Σi=1sNi(Γ)KIIi,]]>KIII(Γ)=Σi=1sNi(Γ)KIIIi]]>

式中，是裂紋頂第i個節點處的應力強度因子；

S3，根據以下方程計算等效應力強度因子：

Keff=(KI(Γ)2+KII(Γ)2+KIII(Γ)21-ν)0.5]]>

式中，ν表示泊松比，K_Ⅰ(Γ)表示張開型裂紋應力強度因子，K_Ⅱ(Γ)表示滑開型裂紋應力強度因子，K_III(Γ)表示撕開型裂紋應力強度因子；

S4，確定關鍵赫茲接觸位置；保持材料缺陷在滾道次表面深度H不變，改變材料缺陷所在位置的轉角θ，分析等效應力強度因子在赫茲壓力接觸過程中變化規律，等效應力強度因子的幅值所對應的轉角θ₀為關鍵赫茲接觸位置；

S5，確定材料缺陷在滾道次表面關鍵深度；保持材料缺陷所在位置的轉角θ不變，改變材料缺陷在滾道次表面深度H，分析等效應力強度因子在赫茲壓力接觸過程中變化規律，等效應力強度因子的幅值所對應的深度H₀為關鍵深度；

S6，確定當材料缺陷所在位置的深度H=H₀，材料缺陷所在位置的轉角θ=θ₀時的張開型裂紋應力強度因子K_Ⅰ(Γ)、滑開型裂紋應力強度因子K_Ⅱ(Γ)、撕開型裂紋應力強度因子K_III(Γ)和等效應力強度因子K_eff；

S7，確定裂紋生長速率或裂紋生長角；

其中，裂紋生長速率評估方程為：

dadN=C(ΔK)n]]>

式中，c和n是材料常數，ΔK＝K_eff；

裂紋生長角的評估方程為：

cosβ=3KII(Γ)2+KI(Γ)KI(Γ)2+8KII(Γ)2KI(Γ)2+9KII(Γ)2]]>

式中，β是相對滾道表面的裂紋生長角。

2.根據權利要求1所述的基于應力強度因子評估軸承滾道次表面疲勞損傷度的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟S8：改變徑向載荷和旋轉力矩，重復所述步驟S2-S7，獲得不同載荷和轉矩下的裂紋生長速率和裂紋生長角。