基于裂纹萌生-扩展演变行为的齿面微观形貌与疲劳磨损关联建模

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705142
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0502.传动与驱动
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Fatigue wear is a common failure mode for gear. Although different micro topographies on tooth surface lead to great differences in fatigue wear performance, their quantitative relationship and the corresponding physical process, are not clear. To this end, the quantitative relationship and its mechanism between surface topography and fatigue wear of tooth for spur gearing, are investigated based on crack initiation and propagation evolution behavior. The main contents include: (1) Taking the random characteristics of surface topography into consideration, the variation rules and statistical modeling of gear contact stress field are studied based on random process theory, with mixed elastohydrodynamic lubrication model and elasto-plastic contact mechanics of rough surfaces. The association models between surface topography and crack initiation and propagation evolution behavior, are then established using fatigue-damage accumulation theory and fracture mechanics. (2) Based on the evolution behavior of crack initiation and propagation, the evolution law of surface topography is researched. The variation rules and characterization of topography features are studied, through revealing the correlation among micro topography characterization parameters in wear process. (3) Based on the evolution behavior of crack initiation and propagation, the relations, between the mean, the extreme and the spatial attributes of micro topography and the overall and the local wear distributions, are researched. The quantitative mapping relations are established between the characterization parameters of micro topography and fatigue wear. The research provides a theoretical basis for the anti fatigue wear design of gear surface topography.
疲劳磨损是齿轮常见失效形式,不同齿面微观形貌导致疲劳磨损性能相差较大,两者定量关系及其物理作用过程尚不明晰。为此,项目针对直齿圆柱齿轮传动,基于裂纹萌生-扩展演变行为研究齿面微观形貌与疲劳磨损定量关联及其机制,具体包括:(1)考虑齿面微观形貌随机性,借助混合弹流润滑和粗糙曲面弹塑性接触模型,基于随机过程理论研究齿轮接触应力场变化规律及其统计建模方法,再由累积损伤和断裂力学方法建立微观形貌与裂纹萌生-扩展演变行为关联模型;(2)基于裂纹萌生-扩展演变行为研究齿面微观形貌磨损演化规律,通过揭示磨损过程中微观形貌各表征参数之间相关性,研究微观形貌结构特征变化规律及其参数表征方法;(3)基于裂纹萌生-扩展演变行为研究微观形貌均值、极值和空间结构特征与齿面整体、局部疲劳磨损分布关联,建立微观形貌与疲劳磨损表征参数之间定量映射关系。项目实施为齿面微观形貌抗疲劳磨损设计提供一定理论依据。

结项摘要

粗糙齿面接触作用下的裂纹萌生扩展行为形成齿轮疲劳磨损,对齿轮传动精度和服役寿命产生较大危害。研究齿面微观形貌与齿轮接触应力、裂纹萌生扩展的关联对深入认识齿轮疲劳磨损失效机理、促进齿面微观形貌设计有重要作用。. 项目将齿轮啮合等效为粗糙曲面接触,基于随机过程和统计理论研究了齿面微观形貌及接触微凸体的建模方法,基于仿真样本研究了微观形貌表征参数之间相关性,结合粗糙曲面弹性接触理论和ZMC模型研究了粗糙曲面弹塑性接触模型,基于体积守恒准则研究了考虑材料塑性流动的弹塑性接触计算方法,开展了接触压力随机分布统计建模方法研究,研究了齿面微观形貌统计分布参数对接触应力的影响,基于累积损伤理论和线弹性断裂力学研究了裂纹萌生和扩展行为,基于实测齿面和微凸体弹塑性接触模型研究了齿轮接触应力场与疲劳寿命随粗糙度变化规律,基于相关性分析手段研究了微观形貌表征参数与接触应力关联,由逐步回归和通径分析方法构建了齿面粗糙度参数与接触应力关联模型。. 项目研究发现:1)相较于现有模型,所提微凸体建模方法与实际轮廓均方误差更小,误差降低了24%-69%;2)独立表征微观形貌的粗糙度参数集为Ra、RSm、Rsk和Rku;3)不考虑塑性变形所产生的粗糙齿面接触预测偏差,与塑性指数、粗糙度有关;4)接触斑数、接触斑宽度、接触斑间距和平均接触压力是决定接触应力的主要参数,其中亚表层接触应力大小取决于p*b/Sp,亚表层最大接触应力深度取决于n*Sp;5)齿面微观形貌标准偏差对裂纹萌生与扩展有较大影响,这种影响与啮合曲率半径有关,相关长度作用不显著;6)粗糙度值Ra小于0.3μm时,粗糙齿面和光滑齿面接触疲劳寿命差别较小,粗糙度值Ra为0.5μm-0.9μm时,接触疲劳失效发生在近表层,齿轮接触疲劳寿命随微凸体密度、微凸体平均曲率半径减小而降低,微凸体曲率半径比微凸体密度对接触疲劳寿命影响更大;7)粗糙度参数对最大Mises应力综合影响大小依次为Sa>Smr1>Sp>Spk>K,对最大剪应力综合影响大小依次为Sa>Spk>Vmp。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Experimental Study and Numerical Simulation of the Intermittent Feed High-Speed Grinding of TC4 Titanium Alloy
TC4钛合金间歇进给高速磨削实验研究及数值模拟
  • DOI:
    10.3390/met9070802
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Metals
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yi Jun;Zhou Wei;Deng Zhaohui
  • 通讯作者:
    Deng Zhaohui
粗糙齿面啮合弹塑性接触分析
  • DOI:
    10.13433/j.cnki.1003-8728.20190123
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    机械科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周炜;唐进元;温昱钦
  • 通讯作者:
    温昱钦
A Reconstruction and Contact Analysis Method of Three-Dimensional Rough Surface Based on Ellipsoidal Asperity
基于椭球微凸体的三维粗糙表面重构与接触分析方法
  • DOI:
    10.1115/1.4045633
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF TRIBOLOGY-TRANSACTIONS OF THE ASME
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Wen, Yuqin;Tang, Jinyuan;Li, Lin
  • 通讯作者:
    Li, Lin
New analytical model of elastic-plastic contact for three-dimensional rough surfaces considering interaction of asperities
考虑粗糙体相互作用的三维粗糙表面弹塑性接触新分析模型
  • DOI:
    10.1007/s40544-020-0419-7
  • 发表时间:
    2021-01-08
  • 期刊:
    FRICTION
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Wen, Yuqin;Tang, Jinyuan;Zhu, Caichao
  • 通讯作者:
    Zhu, Caichao
Influence of distribution parameters of rough surface asperities on the contact fatigue life of gears
表面粗糙度分布参数对齿轮接触疲劳寿命的影响
  • DOI:
    10.1177/1350650119866037
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers - Part J: Journal of Engineering Tribology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wen Yuqin;Tang Jinyuan;Zhou Wei
  • 通讯作者:
    Zhou Wei

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其他文献

基于XFEM的齿轮腹板结构与齿根裂纹扩展关联规律研究
  • DOI:
    10.16578/j.issn.1004.2539.2016.12.034
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    机械传动
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许德涛;唐进元;周炜;许永利
  • 通讯作者:
    许永利
基于最大锋电位间隔的爆发检测自
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生物物理学报, 22(4): 297-302, 2006
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈琳;陈传平;李向宁;周炜;曾
  • 通讯作者:
ω3-长链多不饱和脂肪酸改善早期过度营养导致的大鼠成年期代谢异常
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中华内分泌代谢杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    严琴慧;周炜;朱晓蕾;杜苏苏;杨帆;李晓南
  • 通讯作者:
    李晓南
前路手术对颈椎椎间盘突出症患者颈椎矢状位参数的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    脊柱外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘蔚;唐鹏宇;罗勇骏;周快;凡进;周炜;殷国勇;张宁;蔡卫华
  • 通讯作者:
    蔡卫华
飞秒激光测控神经活动
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘秀丽;骆清铭;曾绍群;吕晓华;周炜;李家松
  • 通讯作者:
    李家松

其他文献

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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