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表面粗糙度对表面应力集中系数影响定量分析6.doc


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表面粗糙度对表面应力集中系数影响的定量分析-6表面粗糙度对表面应力集中系数和疲劳寿命影响分析EffectofRoughnessonSurfaceStressConcentrationFactorandFatigueLife章刚刘军刘永寿岳珠峰(西北工业大学工程力学系,西安710072)***ZHANGGangLIUJunLIUYongShouYUEZhufeng(DepartmentofMechanics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072,China)摘要把平板的表面形貌简化为半椭圆形微缺口,采用有限元法对不同表面粗糙度下应力场进行分析,以得到不同表面粗糙度Rz时平板的表面应力集中系数,并预测出不同表面粗糙度的平板在不同存活率下的疲劳寿命,讨论表面粗糙度对疲劳寿命的影响。采用回归方法建立了表面应力集中系数与微缺口中心间距、表面粗糙度之间的经验公式。结果表明,在相同存活率下,表面粗糙度与平板的对数疲劳寿命呈二次曲线关系。-———————————————————————————————————————————————;Micro-notch;FiniteElement;StressConcentrationFactor;FatiguelifeCorrespondingauthor:ZHANGGang,E-mail:,Tel:/Fax:+86-2988495540TheprojectsupportedbytheNationalScienceFoundationofChina()Manuscriptreceived2007.*收稿日期2007,国家自然科学基金资助项目(10472094)。**章刚,男,1985年3月生,湖北宜都人,汉族。西北工业大学在读硕士研究生,研究方向为固体力学材料力学行为与计算机模拟。通信地址:西北工业大学410信箱。1引言表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标[1]7-8。由断裂力学可知,表面粗糙度值愈大,表面的沟痕愈深,纹底半径愈小,应力集中越严重,抗疲劳破坏的能力就愈差。因此表面粗糙度增大,会降低零件的疲劳强度[2]。这一影响引起了广泛的关注。在实验方面,Noll比较了低碳合金钢的表面分别在研磨、机加、———————————————————————————————————————————————热滚压和锻造这四种表面加工条件下,其应力-寿命关系曲线。发现在高应力水平下,所有试件的寿命相近,在低应力区,寿命差异十分显著。在应力幅值接近屈服强度的80%时,研磨试件的寿命是锻造试件寿命的20倍[3]。在数值计算方面,Andrews将表面粗糙度作为微观缺口,研究缺口对疲劳寿命的影响[4]。文献[5]采用试验测试和有限元的方法,建立实际表面形貌的有限元网格,将表面犁沟视为微观缺口,研究裂纹萌生部位与缺口应力集中系和应力场的关系。由此可见,要确定表面粗糙度对疲劳寿命的影响,首先要建立表面粗糙度与表面应力集中系数的定量关系。Neuber认为表面形貌的特点是连续相邻的缺口,并采用粗糙度参数Rz提出表面应力集中系数的半经验公式[6]Kt?1?n?Rz?(1)式中,当扭转时n=1,拉伸时n=2;ρ为缺口底部的

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  • 时间2020-08-09