轴承钢接触疲劳的微观结构演化机理和实验研究

In recent years, science and technology for such as high-speed rail, aerospace, and national defense demand weight reduction and speed improvement for bearings, gears and other mechanical parts. Investigation of high-cycle fatigue properties and long life design for mechanical components and mechanism has become an increasingly prominent issue of concern. The final failure mechanism of long-term operating mechanical parts is usually due to contact fatigue. Under high cycle contact fatigue loads, a large number of experiments have revealed that the microstructures of the metal materials exhibit complex evolution, far more complicated than the traditional materials fatigue tests (such as tension-compression, and rotational bending). Up to now, a comprehensive understanding of the micromechanisms of rolling contact fatigue (RCF) is lacking in the international academic society. The proposed study intends to incorporate both experimental and theoretical analyses, and integrate methods and techniques such as micro-mechanics, fast contact analysis algorithms, and RCF experimental tests, to perform cutting-edge interdisciplinary fundamental research on microstructure evolution in high-cycle RCF.

近年来，高铁、航天航空、国防科技等对轴承、齿轮等机械零部件提出了减轻重量、提高速度的要求，研究机械部件高周疲劳性能与机理并进行长寿命化设计已越来越成为亟待关注的重要课题。长期运转的机械部件最终失效机理通常是由于接触疲劳所导致的。在高周接触疲劳载荷下，大量实验揭示金属材料内部的微观结构呈现复杂的演化方式，远比传统的材料疲劳实验（如拉压、旋转弯曲）复杂。对于如何从微观机理上解释这一现象，当前国际学术界尚缺乏统一、系统、深刻的认识。本课题拟采用实验与理论分析相结合方法，综合微观力学、快速接触分析、滚动接触疲劳实验等研究方法与技术手段，开展高周接触疲劳微观结构演化机理的前沿性交叉基础研究。

近年来，高铁、航天航空、国防科技等对轴承、齿轮等机械零部件提出了减轻重量、提高速度的要求，研究机械部件高周疲劳性能与机理并进行长寿命化设计已越来越成为亟待关注的重要课题。长期运转的机械部件最终失效机理通常是由于接触疲劳所导致的。在高周接触疲劳载荷下，大量实验揭示金属材料内部的微观结构呈现复杂的演化方式，远比传统的材料疲劳实验（如拉压、旋转弯曲）复杂。对于如何从微观机理上解释这一现象，当前国际学术界尚缺乏统一、系统、深刻的认识。本课题采用实验与理论分析相结合方法，综合微观力学、快速接触分析、滚动接触疲劳实验等研究方法与技术手段，开展高周接触疲劳微观结构演化机理的前沿性交叉基础研究。.本研究按照原定的研究计划顺利执行，系统地实施了整个项目的研究方案，并完成了全面的研究工作。实现了对微观力学夹杂模型的系统探讨与研究。利用显式表达方法研究了Eshelby夹杂模型的全场解，位移解，半空间解，讨论了旋转椭球夹杂模拟近表面局部热效应的应用。进而开发了系统的计算方法，用于定量分析接触疲劳、破坏微观机理、微孔洞应力集中效应、夹杂与位错的相互影响作用等方面。通过蒙特卡罗仿真技术辅助实验，实现对接触疲劳寿命、疲劳应力体积等多个领域的深入、系统研究。项目所有目标均已达到预期效果，特别在论文发表、人才培养、学术交流等方面获得丰硕成果。.在基金资助期间（2015.01-2018.12），共发表论文22篇，其中SCI论文20篇，中文论文2篇，其中标注本基金号的SCI论文10篇。此外，发表国内外学术会议论文9篇，申请专利并已公开5项，做国际学术会议报告9次。在本项目支持下，培养博士生2名，硕士生10名（已毕业4名，在读6名），其中两名毕业生获得重庆大学校优硕士论文，并获推选重庆市优秀论文。此外，在项目资助机器，主持人入选“重庆市百名海外高层次人才集聚计划”，获得重庆市人才特殊津贴，以及重庆大学记功一次。