42CrMo钢疲劳可靠性分析与裂纹萌生微观机理研究

随着机械设备向高速大型化发展，合金结构钢的发展越来越注重提高合金钢使用的可靠性。传统的以安全系数保障强度储备的确定性机械结构强度设计方法，正逐步向可靠性设计方法演进，从而为疲劳设计提供精确、可靠的资料。 在强度设计方法重大变革的背景下，以山东省自然科学基金项目[Y2002F19]为依托，进行了疲劳数据的参数估计、假设检验，疲劳寿命和性能的高可靠度预测模型等基础性研究工作，探讨了裂纹萌生微观机理对疲劳随机性的影响。完成了42CrMo硬齿面齿轮轮齿应力疲劳试验、42CrMo材料的应变疲劳试验和疲劳短裂纹显微疲劳试验，应用建立的模型和方法对试验结果进行了分析。 首先，进行了疲劳概型参数估计、假设检验和概型综合评价研究，深入探寻疲劳数据的统计规律。疲劳可靠性常用概型一般包括正态、对数正态、指数、两参数Weibull、三参数Weibull分布函数，为评价各概型的适用性，给出了各概型的线性回归方程。由于应用现有的图形法和解析法进行三参数Weibull概型估计时，经常难以得到优良拟合结果，故提出了新的疲劳概型二项式系数拟合的参数估计方法，此法将图形法估计得到的疲劳参量代入概型，并以牛顿二项式展开求得点估计值。通过引入非参数统计的D_n-检验法，发展了广泛适用于各常用疲劳可靠性概型的假设检验方法。提出了疲劳概型的综合效果评价公式，对通过检验的各级载荷下疲劳试验数据进行总体拟合效果评价，以选择****的疲劳数据描述概型。 其次，建立了疲劳寿命可靠性和疲劳性能可靠性通用模型，进行高可靠度疲劳参量推断。现有疲劳寿命可靠性模型，尤其是应变疲劳寿命可靠性模型仅限于疲劳随机变量服从对数正态分布，为克服这一问题，提出了适用于各常用概型的应力、应变疲劳寿命可靠性分析通用模型。通过对正态分布、Weibull分布等5种常用概型函数的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命关系的分析，确定了通用模型的具体形式。指出疲劳寿命服从各常用分布的可靠性公式都可看作通用公式的特例，其中应变疲劳寿命服从对数正态分布时的可靠性公式与应变疲劳可靠性分析常用公式是一致的。为了考察材料应变疲劳性能随机性的统计规律，提出了应变疲劳循环应力应变关系可靠性分析通用模型。基于概型分布函数的矩法理论，提出了适用于各概型分布的疲劳可靠性曲线分析方法。以前人所做的40Cr齿轮轮齿应力疲劳寿命数据初步验证了文中疲劳统计模型和方法的有效性。