|
試件的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)方案考慮到實(shí)驗(yàn)條件以及試件接觸時(shí)受力分布特點(diǎn)，并根據(jù)彈性力學(xué)以及接觸力學(xué)的相關(guān)理論，建立了如所示模型，僅取試件的四分之一進(jìn)行有限元分析。
�。╝）實(shí)心結(jié)構(gòu)模型（b）深穴結(jié)構(gòu)模型1實(shí)驗(yàn)有限元模型首先，用有限元法對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)的模型在一定工況下進(jìn)行有限元模擬，看其在相同外載荷條件下的應(yīng)力分布情況。然后改進(jìn)深穴結(jié)構(gòu)的尺寸，看其應(yīng)力變化情況，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)機(jī)的要求最終確定合理的實(shí)驗(yàn)方案，然后用材料接觸疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)來(lái)對(duì)試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
試件實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的靜態(tài)應(yīng)力模擬對(duì)試件在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的靜態(tài)應(yīng)力進(jìn)行了大量的計(jì)算和有限元分析，在這里只介紹其中最具有代表性，效果最明顯的一組有限元分析結(jié)果。中1～7條曲線依次對(duì)應(yīng)七種不同的模型，圖中表示的是接觸區(qū)域內(nèi)沿試件軸向的等效應(yīng)力分布曲線圖；表示的是接觸區(qū)域內(nèi)沿模型軸向的接觸應(yīng)力的分布曲線圖。、4中的橫坐標(biāo)表示的是接觸區(qū)域的軸向長(zhǎng)度，其單位是毫米，其方向與中坐標(biāo)軸1的方向一致，且曲線圖中cp表示接觸應(yīng)力、sv表示等效應(yīng)力。
首先分析等效應(yīng)力的變化情況，是接觸區(qū)域附近等效應(yīng)力云圖，從圖中的應(yīng)力數(shù)值可以明確地看出深穴結(jié)構(gòu)的應(yīng)力要小于實(shí)心結(jié)構(gòu)的。
隨著深穴尺寸的變化，在相同的外載荷下，接觸區(qū)域內(nèi)等效應(yīng)力變化比較明顯。從等效應(yīng)力的數(shù)值來(lái)看，沒(méi)有深穴結(jié)構(gòu)的試件，在接觸區(qū)域的應(yīng)力變化范圍是最大的，其接觸區(qū)域右端的應(yīng)力最小，左端的應(yīng)力最大，“邊緣效應(yīng)”最嚴(yán)重的。所有深穴結(jié)構(gòu)的試件，其等效應(yīng)力的變化范圍都要比實(shí)心的要小，所以深穴結(jié)構(gòu)試件的“邊緣效應(yīng)”都要比實(shí)心的要小，端部的應(yīng)力集中都有所降低。而隨著深穴尺寸的不同，其等效應(yīng)力的變化也是非常明顯的。從中可以很明顯的看出：若深穴結(jié)構(gòu)試件的內(nèi)徑尺寸相同，其槽的深度越大，左端的等效應(yīng)力降低的幅度就越大，但其接觸區(qū)域中靠近右端的部分應(yīng)力就會(huì)越大，應(yīng)力的變化范圍也就越大，但無(wú)論是應(yīng)力的變化范圍還是最大應(yīng)力的數(shù)值都要比實(shí)心試件的小很多；若深穴結(jié)構(gòu)試件的槽深相同，其內(nèi)徑尺寸越大，左端的等效應(yīng)力就越小，同樣在其接觸區(qū)域中靠近右端的部分應(yīng)力就會(huì)越大，應(yīng)力的變化范圍也就越大，但無(wú)論是應(yīng)力的變化范圍還是最大應(yīng)力的數(shù)值都要比實(shí)心試件的小很多；從而可以得出如下結(jié)論：深穴結(jié)構(gòu)試件的等效應(yīng)力的分布情況要比實(shí)心結(jié)構(gòu)的好，且隨著深穴尺寸的變化其應(yīng)力情況也是變化的，槽深或內(nèi)徑越大，應(yīng)力的變化范圍就越大，反之則變小。通過(guò)優(yōu)化兩個(gè)尺寸發(fā)現(xiàn)，第七種尺寸的深穴結(jié)構(gòu)試件的等效應(yīng)力分布是比較理想的，應(yīng)力的變化范圍小，且其絕對(duì)值也不大。
�。╝）實(shí)心結(jié)構(gòu)模具模型（b）深穴結(jié)構(gòu)模型4接觸區(qū)域附近等效應(yīng)力云圖接下來(lái)分析接觸應(yīng)力的分布情況，由可見(jiàn)，實(shí)心結(jié)構(gòu)試件的接觸應(yīng)力變化范圍不大，在試件的左端比右端稍大一點(diǎn)，而各種深穴結(jié)構(gòu)試件的接觸應(yīng)力分布規(guī)律基本相似，都是在接觸區(qū)域的左端，也就是有深穴的那一端應(yīng)力比較小，而另一端應(yīng)力比較大。但從圖中可以看出，第七種模型的接觸應(yīng)力分布是比較合理的，變化的范圍很小，且應(yīng)力的絕對(duì)數(shù)值也不是很大。各種情況下各試件在接觸區(qū)域的應(yīng)力值見(jiàn)附表。其中SvmaxL表示接觸區(qū)域左側(cè)的最大等效應(yīng)力，SvmaxR表示右側(cè)的最大等效應(yīng)力，Cp2maxL表示左側(cè)的最大接觸應(yīng)力，CpmaxR表示右側(cè)的最大接觸應(yīng)力，附表中模型1到模型7分別為前面提到的七種模型。
結(jié)語(yǔ)綜上所述，從有限元分析結(jié)果來(lái)看，對(duì)試件采用深穴結(jié)構(gòu)，在相同的條件下可以改善試件的應(yīng)力分布情況。但深穴結(jié)構(gòu)改善應(yīng)力情況的效果與其結(jié)構(gòu)尺寸有著很大的關(guān)系，只有合理的深穴結(jié)構(gòu)尺寸才能很好的降低試件的最大等效應(yīng)力和最大接觸應(yīng)力，降低“邊緣效應(yīng)”，不合理的深穴結(jié)構(gòu)尺寸，不僅不能降低應(yīng)力情況，甚至?xí)股钛ńY(jié)構(gòu)試件的“邊緣效應(yīng)”比實(shí)心的更嚴(yán)重。因此，在設(shè)計(jì)深穴結(jié)構(gòu)來(lái)降低“邊緣效應(yīng)”的時(shí)候，必須合理設(shè)計(jì)深穴的尺寸，只有合理的深穴尺寸才能降低試件的“邊緣效應(yīng)”，提高試件的承載能力和壽命。
|
