油膜轴承巴氏合金蠕变特性与寿命研究--《太原科技大学》2014年硕士论文
油膜轴承巴氏合金蠕变特性与寿命研究
【摘要】：油膜轴承作为承载部件广泛应用于冶金、航天、矿山等大型设备中，其中衬套巴氏合金是油膜轴承中最易损伤的零件；巴氏合金具有良好的耐磨性能，属于低熔点合金，在工作过程中会发生明显的蠕变现象；蠕变对油膜轴承的使用性能会产生不可忽略的负面作用。本文基于相关金属蠕变理论，明确了研究的方法和具体内容，对油膜轴承巴氏合金SnSb11Cu6的蠕变特性与寿命进行了系统地研究，主要内容简述如下：
首先，对比分析了国内外蠕变试验标准要求，针对巴氏合金SnSb11Cu6设计了满足试验标准要求的蠕变试验设备，提出了SnSb11Cu6蠕变试验的具体操作规程；通过研究蠕变试验方法，证实了通过增加加热时间、保温时间和加载速度，减小初始力，可以缩短合金到达稳态蠕变阶段的时间，使试验周期缩短了73%。同时，通过SnSb11Cu6蠕变试验证实了SnSb11Cu6在实际工作条件下会发生明显的蠕变现象，并获得了SnSb11Cu6的蠕变力学性能；其中，应力对合金的蠕变应变和稳态蠕变速率影响最大，温度对合金减速蠕变阶段的持续时间影响最大。
其次，基于蠕变试验数据，对比分析了四种蠕变模型的准确性，确定了基于McVetty公式和Dorn公式的SnSb11Cu6蠕变模型用于计算SnSb11Cu6蠕变的精度最高，稳态蠕变阶段相对误差仅为1.64%。同时，利用蠕变试验数据分别建立了基于Dom理论和基于恒速理论的两个稳态蠕变本构方程，并通过试验验证了基于Dom理论的稳态蠕变本构方程的计算精度较高，相对误差仅为1.52%。
然后，基于蠕变试验结果，利用拉伸试验、硬度实验和金相实验，分析了合金蠕变、力学性能和显微组织之间关系，得知蠕变降低了SnSb11Cu6的强度、塑性及抗弹性变形能力，并得到了合金蠕变机理，明确了SnSb11Cu6蠕变变形是应变硬化与再结晶回复长时间交替作用的结果。基于硬度实验获得了合金硬度随温度变化的计算公式，确定了SnSb11Cu6的蠕变临界温度为50~60℃。同时，提出了应用ANSYS对巴氏合金进行蠕变分析的方法，并对蠕变试验试件进行了有限元数值模拟，对比分析了三种典型隐式蠕变模型的准确度，确定模型11（时间硬化隐式蠕变模型）描述巴氏合金蠕变特性的精度最高，稳态蠕变阶段相对误差为2.6%；ANSYS数值解与SnSb11Cu6蠕变模型理论计算值相比，本文建立的SnSb11Cu6蠕变模型计算准确度较高。
最后，基于SnSb11Cu6稳态蠕变本构方程，建立了油膜轴承SnSb11Cu6蠕变寿命计算模型；根据合金蠕变后的电阻率和硬度的测量结果，建立了基于电阻率的SnSb11Cu6蠕变寿命评估模型，提出了一种通过测量合金电阻率评估轴承使用寿命的方法。而且，利用已建立的蠕变寿命计算模型，编写了油膜轴承巴氏合金蠕变寿命预测软件，可以为延长油膜轴承使用寿命提供一定的技术支持。
【关键词】：
【学位授予单位】：太原科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TH133.3;TG146.14【目录】：
中文摘要5-7ABSTRACT7-13第一章 绪论13-19 1.1 课题的研究背景及意义13 1.2 国内外研究现状13-15
1.2.1 国内研究现状13-14
1.2.2 国外研究现状14-15 1.3 课题来源15-16 1.4 本课题研究内容16
1.4.1 具体研究内容16
1.4.2 重点解决的问题16 1.5 本章小结16-19第二章 金属蠕变研究基础19-27 2.1 金属蠕变理论概述19-22
2.1.1 蠕变和蠕变曲线19-20
2.1.2 蠕变的微观解释20-21
2.1.3 影响蠕变强度的因素21-22 2.2 蠕变力学基础22-24
2.2.1 陈化理论22
2.2.2 时间硬化理论22-23
2.2.3 应变硬化理论23
2.2.4 恒速理论23
2.2.5 塑性滞后理论23
2.2.6 常用的蠕变经验公式23-24 2.3 蠕变寿命理论基础24-26
2.3.1 Kachanov-Robatnov 损伤理论24-25
2.3.2 蠕变寿命预测模型25
2.3.3 蠕变裂纹扩展25
2.3.4 疲劳、蠕变及环境腐蚀的交互作用25-26 2.4 本章小结26-27第三章 巴氏合金蠕变试验27-39 3.1 蠕变试验方法研究27-30
3.1.1 蠕变试验标准27-28
3.1.2 蠕变试验研究内容28
3.1.3 试验方案对比28-29
3.1.4 蠕变试验操作规程29-30 3.2 试验材料及设备30-35
3.2.1 巴氏合金概述30-31
3.2.2 蠕变试验设备31-35 3.3 试验误差分析35-37
3.3.1 温度的影响35-36
3.3.2 载荷的影响36-37 3.4 本章小结37-39第四章 巴氏合金蠕变特性39-61 4.1 巴氏合金 SnSb11Cu6 蠕变力学行为39-40 4.2 巴氏合金蠕变模型40-44
4.2.1 SnSb11Cu6 蠕变模型40-41
4.2.2 常用蠕变模型41-43
4.2.3 四种模型的对比分析43-44 4.3 蠕变对合金力学性能影响44-55
4.3.1 巴氏合金拉伸试验45-46
4.3.2 巴氏合金硬度实验46-48
4.3.3 巴氏合金金相实验48-49
4.3.4 实验结果分析49-55 4.4 蠕变数值模拟55-60
4.4.1 ANSYS 蠕变分析的主要步骤56-57
4.4.2 三种典型蠕变模型对比研究57-60 4.5 本章小结60-61第五章 巴氏合金蠕变寿命计算61-69 5.1 稳态蠕变本构方程61-63
5.1.1 基于 Dom 理论的稳态蠕变本构方程61-63
5.1.2 基于恒速理论的稳态蠕变本构方程63 5.2 蠕变寿命计算模型63-64 5.3 蠕变寿命评估模型64-66 5.4 蠕变寿命预测软件66-68
5.4.1 软件功能66
5.4.2 软件计算流程图66
5.4.3 计算实例66-68 5.5 本章小结68-69第六章 总结与展望69-73 6.1 总结69-70 6.2 展望70-73参考文献73-77致谢77-79攻读学位期间参与的工程项目及发表的学术论文79-81
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