非对称循环交变动载荷下惰轮裂纹扩展研究

刘先增; 林高远; 刘永斌; 曹正; 汪航; 樊中鼎

应用力学学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (2) : 407 -417.

非对称循环交变动载荷下惰轮裂纹扩展研究

刘先增, 林高远, 刘永斌, 曹正, 汪航, 樊中鼎

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摘要

惰轮轮齿的两工作齿廓依次与主、从动轮的轮齿工作齿廓交替接触啮合使轮齿承受非对称循环交变载荷，齿根处拉、压应力状态交替出现，致使其裂纹扩展行为复杂。通过等效离散化将惰轮两工作齿廓的啮合过程模拟为等效移动载荷依次在两工作齿廓的离散点上加载，考虑闭合效应下拉、压应力状态交替变化引起的影响，提出了非对称循环交变载荷下惰轮裂纹扩展仿真方法，分别在准静态和动态载荷情况下开展惰轮裂纹扩展研究。结果表明：相比于拉应力受载状态，拉、压应力交变受载状态下压应力会延缓齿根应力强度因子K_Ⅰ增长，使裂纹前缘开裂角θ增大，且随着裂纹扩展压应力的影响逐渐减小，当压应力失效时K_Ⅱ显著下降，使有效应力强度幅值ΔK_eq显著增大，导致裂纹扩展寿命降低；相比于准静态载荷，动态载荷会促进K_Ⅰ增长，使裂纹前缘开裂角θ减小，使有效应力强度幅值ΔK_eq显著增大，导致裂纹扩展寿命降低。