基于晶体塑性理论的车轮滚动接触疲劳裂纹萌生行为研究OA

目的车轮滚动接触疲劳裂纹萌生的有限元模拟多采用各向同性模型,未考虑晶粒尺寸和取向的影响。然而,车轮材料的疲劳行为与其晶粒尺寸、取向等微观特征密切相关。方法鉴于此,基于晶体塑性理论,建立了考虑晶粒取向和晶粒尺寸的有限元模型,结合Jiang-Sehitoglu多轴疲劳准则和内聚力模型,模拟车轮材料晶界上的滚动接触疲劳损伤行为,分析了轴重、摩擦系数和随机晶粒取向对车轮疲劳损伤分布、疲劳参数PF和裂纹萌生寿命的影响规律。结果疲劳损伤首先在接触表面累积,呈现明显的不均匀性,且主要集中在表层0.2mm深度内;随着循环次数增加,损伤沿深度方向发展,最终在接触表面晶界处萌生微裂纹。随着摩擦系数增大,P_(F)最大值增加101.1%,裂纹萌生寿命降低85.2%;随着轴重增大,P_(F)最大值增加34.9%,裂纹萌生寿命降低51.2%;不同随机晶粒取向对应的P_(F)最大值最大差幅为9.5%,裂纹萌生寿命最大差幅为13.0%,整体差异较小,但微裂纹萌生具体位置存在明显不同。结论随着轴重和摩擦系数的增大,车轮材料晶界上的PF均不断增大,疲劳损伤加剧,裂纹萌生寿命显著降低;晶粒取向对P_(F)和裂纹萌生寿命的整体影响较小,但会显著改变P_(F)的分布和集中位置,从而影响疲劳损伤演化位置并使微裂纹萌生位置发生变化;与晶粒取向因素相比,摩擦系数和轴重对裂纹萌生寿命的影响较大。