压缩机曲轴疲劳裂纹扩展及寿命研究

为研究曲轴疲劳裂纹及其寿命,建立曲轴刚柔耦合动力学模型,并进行动力学仿真分析,得到曲轴各个连杆轴颈载荷谱.使用ABAQUS和FRANC3D对曲轴裂纹进行引入以及扩展分析,通过Paris公式进行裂纹剩余寿命计算分析,并研究了初始裂纹形状比对应力强度因子的影响.结果表明,当裂纹深度扩展至12.7 mm时,等效应力强度因子达到曲轴材料的断裂韧性,裂纹产生至临界深度,剩余寿命为7.9×105次;初始裂纹形状比增大,应力强度因子沿裂纹前沿宽度方向减小,沿深度方向增大.研究了曲轴表面粗糙度对疲劳安全系数及疲劳寿命的影响,结果表明,表面粗糙度从1μm增至75μm时,曲轴最小疲劳安全系数由1.392减至1.029,降低了26.1％,疲劳寿命由1.67×106次减至1.32×106次,降低了21.0％.