论文部分内容阅读
由于曲轴失效形式的复杂化和对曲轴修复后质量要求的日益提高，传统的修复技术已无法满足曲轴的修复要求。近年来，作为激光再制造技术的核心——激光熔覆技术迅速发展成为曲轴再制造的一种新型修复技术。本文主要研究船用柴油机废旧曲轴的再制造问题。1.从曲轴的磨损、烧蚀、弯扭变形以及裂纹和断裂四个方面具体分析了船用柴油机曲轴的失效原因，得出以下三点：(1)校核静强度安全系数，对曲轴的刚度、硬度和承受载荷能力进行可靠性评估。校核疲劳强度安全系数，评估船用柴油机曲轴再制造前后的疲劳寿命。(2)根据疲劳裂纹扩展规律和Paris公式，对曲轴的疲劳裂纹扩展寿命进行预测。(3)通过对曲轴材料性能的简单分析，利用传统的疲劳寿命预测方法、损伤力学和Miner疲劳损伤积累准则确定曲轴剩余疲劳寿命的预测方法，即先预测曲轴在最大载荷下的疲劳寿命，再减去最大载荷下的当量寿命，两者的差就是曲轴的剩余疲劳寿命。2.利用1/4点位移法和J积分法对曲轴圆角处裂纹应力强度因子的计算，判断其断裂失效的程度，并应用15节点三维1/4奇异元和20节点三维单元分析曲轴圆角处裂纹的应力场，求出应力强度因子。3.针对曲轴的再制造问题，本文研究了激光熔覆技术的原理和主要特点，为熔覆材料与曲轴基体材料的匹配性提供了判断依据；选择了镍基、钴基和铁基三种自熔性合金粉末作为熔覆材料；确定了修复工艺为同步式激光熔覆。对熔池状态的研究为下文中的热分析提供了理论依据，并为控制熔覆层的裂纹提供了解决的方法。4.根据温度场的有限元理论和ANSYS的热分析基础，通过对再制造曲轴进行有限元热应力分析，得到60秒后曲轴内部的温度场、位移、应力场的分布情况和三种熔覆材料的熔滴在100微秒时的温度场分布数据。根据熔覆层的应力状态理论分析三种熔覆层的残余应力场，通过比较得出铁基自熔性合金粉末Fe55与曲轴基材结合性较好，熔覆效果好。