微动疲劳

微动疲劳是指构件在循环载荷的作用下,由于表面某一部位与其它接触表面产生小振幅相对滑动而导致部件疲劳强度降低或早期断裂的现象。

微动疲劳对一些飞机零部件的寿命起着决定性作用,如航空发动机的涡轮/叶片组件。微动疲劳也发生在螺纹接头、轮/轴组件上,如齿轮和轴。本质上讲,只要两个部件强迫接触在一起并在循环的载荷作用下发生接触面间的有限滑动都有可能发生微动疲劳。

FRANC3D V7.0中的微动疲劳模块由FAC公司与NAVAIR(美国海军空战中心)合作开发,最初用于NAVAIR的飞机发动机涡轮/叶片的微动疲劳寿命研究。FRANC3D V7.0中集成的微动成核模型可以联合三维有限元分析,可以对金属构件的微动疲劳寿命进行研究,用于预测微动疲劳裂纹萌生寿命和位置。

涡轮/叶片模型

微动疲劳裂纹萌生寿命和位置

FRANC3D V7.0内嵌了5种基于已被广泛应用的微动疲劳裂纹成核模型计算微动疲劳裂纹萌生寿命、位置及起裂方向,包括:

  • Equivalent Stress
  • Critical Plane Shear Stress Amplitude
  • Critical Plane Smith–Watson–Topper
  • RAI Q-parameter
  • Ruiz-Chen parameter

FRANC3D也可以读入微动疲劳实验数据,对这些数据进行曲线拟合操作,使用经过曲线拟合之后的实验数据进行微动疲劳计算。

微动成核数据及其幂律拟合曲线

微动疲劳裂纹萌生寿命计算之后,可以提取局部子模型,引入初始裂纹,进行三维疲劳裂纹扩展分析,获得三维疲劳裂纹扩展寿命。微动疲劳裂纹萌生寿命加上三维疲劳裂纹扩展寿命即为总寿命。

微动疲劳计算之后提取子模型用于三维裂纹扩展分析

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