弯曲疲劳强度的工业经验
轮齿弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度-(机械设计齿轮传动章节课件2)-2020329
(10-8),同时引入载荷系数
KH(见下一页),可得:
=
4 −
3
(公式10-9)
1 ± 1
2
=
1
1 ± 1
1
齿轮传动的计算
上式中:
-接触疲劳强度计算的载荷系数, = ,即PPT一开始提到的4个载荷系数;
载荷分布系数Kβ。
= α
(公式10-2)
齿轮传动的计算
1,使用载荷系数KA
是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。这种附加载荷取决
于原动机和从动机械的特性、联轴器类型以及运动状态等。KA的实用值应针
对设计对象,通过实践确定。
1),原动机包括:电动机、均匀运转的蒸汽机、燃气轮机;蒸汽机、燃气轮机液压装置;
当接触位置连续改变时,显然对于零件上任一点处的接触应力只能在材料许用接触应力的范围内改变,因此接触变应
力是一个脉动循环变应力。在做接触疲劳计算时,极限应力也应是一个脉动循环的极限接触应力。
接触应力也称为赫兹应力,是为了纪念首先解决接触应力计算问题的科学家赫兹(H.Hertz)。
齿轮传动的计算
+用于外啮合
多缸内燃机;单缸内燃机。
2),载荷状态分为:均匀平稳、轻微冲击、中等冲击、严重冲击。
工作状态外在因素越恶劣, KA的取值越大。
齿轮传动的计算
使用载荷系数KA
原动机
载荷状态
工作机器
电动机、均匀运转的
蒸汽机、燃气轮机
蒸汽机、燃气
轮机液压装置
多缸内燃机
单缸内燃机
均匀平稳
发动机、均匀传送的带式输送机或板式输送机、
齿轮弯曲疲劳强度试验方法
齿轮弯曲疲劳强度试验方法全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:齿轮在机械设备中起着至关重要的作用,它们通过齿轮传动来实现机械运动,比如汽车的变速箱、风力发电机和其他机械设备都离不开齿轮。
齿轮在长时间运作中会受到各种力的作用,容易发生疲劳断裂,因此对齿轮的疲劳强度进行测试是非常重要的。
本文将介绍一种关于齿轮弯曲疲劳强度试验方法,以帮助读者了解如何对齿轮进行有效的疲劳强度测试。
一、试验原理齿轮在实际工作中常常处于扭转状态,因此齿轮齿面上会受到交替弯曲负载,导致齿轮的疲劳断裂。
齿轮弯曲疲劳强度试验就是通过加载一定应力的齿轮样品,进行一定次数的循环载荷,观察齿轮在经过一定循环次数后是否发生疲劳断裂,从而得到齿轮的弯曲疲劳强度数据。
二、试验步骤1. 制备齿轮样品:根据要测试的齿轮种类和规格,选择合适的齿轮样品进行测试。
确保齿轮样品的质量和尺寸符合要求。
2. 振动应力加载:将齿轮样品安装在试验设备上,施加振动应力加载进行弯曲疲劳试验。
根据所需的循环次数和载荷大小,设定试验参数。
3. 观察齿轮状态:在试验过程中,定期观察齿轮的状态,包括表面裂纹、变形等情况。
一旦发现齿轮有异常情况,立即停止试验,并对齿轮进行检查和修复。
4. 记录数据:记录齿轮样品在每个循环周期后的疲劳情况,包括疲劳寿命、发生裂纹的次数等数据。
5. 分析结果:根据试验数据分析齿轮的疲劳断裂情况,计算出齿轮的弯曲疲劳强度指标,评估齿轮的使用寿命和安全性。
三、试验注意事项1. 选用合适的试验设备和工具,确保试验过程中的准确性和可靠性。
2. 控制试验参数,包括载荷大小、循环次数等,确保试验结果具有可靠性。
3. 在试验过程中定期检查齿轮的状态,及时发现问题并采取措施修复。
4. 根据试验结果对齿轮进行评估和改进,提高其疲劳强度和使用寿命。
通过以上介绍,相信读者已经对齿轮弯曲疲劳强度试验方法有了一定的了解。
要保证齿轮的安全可靠运行,进行疲劳强度测试是非常关键的。
20crmnti弯曲疲劳极限 -回复
20crmnti弯曲疲劳极限-回复弯曲疲劳是材料在反复加载和卸载的循环荷载作用下导致的疲劳失效。
具体来说,当材料受到周期性的弯曲应力时,其内部会出现应力集中和微裂纹的形成。
随着循环次数的增加,微裂纹会逐渐扩展,最终导致材料的断裂。
掌握材料的弯曲疲劳极限有助于提高材料的使用寿命和安全性能。
在工程实践中,对材料的弯曲疲劳极限进行评估具有重要意义。
一般来说,评估弯曲疲劳极限需要进行以下步骤:第一步:确定试样的几何形状和尺寸。
试样的几何形状和尺寸应符合具体的工程要求和标准。
通常使用悬臂梁试样或屈服悬臂式试样进行疲劳弯曲实验。
第二步:确定试验加载方式和频率。
疲劳试验是通过施加特定的应力或应变水平来模拟实际工作条件下的循环载荷。
根据实际工况和试验目的,确定试验加载方式和频率非常重要。
第三步:进行预试验和应力水平选择。
预试验是为了确定合适的应力水平进行后续的疲劳弯曲试验。
在进行预试验的过程中,记录试样的载荷-应变曲线和弯曲疲劳寿命曲线。
第四步:疲劳试验。
按照预设的加载方式和频率进行疲劳试验。
在试验过程中,记录试样的应力-循环次数曲线和应力-挠度曲线。
第五步:数据处理和分析。
根据试验获得的数据,绘制应力-循环次数曲线和应力-挠度曲线。
通过对曲线上的数据进行拟合和分析,得到弯曲疲劳极限。
第六步:评估和使用寿命预测。
根据弯曲疲劳极限,评估材料的疲劳性能和使用寿命。
基于研究和试验得到的数据,可以预测材料在实际工况下的使用寿命,以确保材料能够安全可靠地工作。
总之,弯曲疲劳极限的评估是工程实践中不可或缺的一环。
通过合理选择试样的几何形状和尺寸、确定试验加载方式和频率、进行预试验和应力水平选择、进行疲劳试验,并通过数据处理和分析以及使用寿命预测,可以获得准确的弯曲疲劳极限,提高材料的使用寿命和安全性能。
《2024年铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》范文
《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性强和良好的成形性等特点,在汽车工业中得到了广泛应用。
然而,其在实际使用中经常面临弯曲疲劳的问题,导致失效和安全隐患。
因此,对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨铝合金车轮在弯曲疲劳实验中的失效模式,并对其工艺进行深入研究。
二、铝合金车轮弯曲疲劳实验方法及设备铝合金车轮的弯曲疲劳实验主要借助专用的实验设备进行,如轮毂弯曲测试机等。
通过设定一定的加载速度、位移、循环次数等参数,模拟车轮在实际使用中的受力情况。
在实验过程中,记录下数据,包括加载力、位移、循环次数等,以及车轮的形变情况。
三、铝合金车轮弯曲疲劳实验失效模式分析经过大量的实验数据收集与分析,铝合金车轮的弯曲疲劳失效模式主要有以下几种:1. 表面裂纹:在反复的弯曲过程中,车轮表面可能出现裂纹,这是由于材料表面受到的应力超过了其承受极限。
2. 内部断裂:由于材料内部存在缺陷或应力集中现象,导致在长时间的弯曲过程中出现内部断裂。
3. 形变过大:车轮在持续的弯曲作用下,其形状可能发生永久性的变化,超过了一定的范围。
四、铝合金车轮的工艺研究针对铝合金车轮的失效模式,我们需要对其生产工艺进行优化。
主要的工艺包括材料选择、铸造工艺、热处理等。
1. 材料选择:选择具有高强度、高韧性和良好抗疲劳性能的铝合金材料。
2. 铸造工艺:优化铸造过程中的温度控制、模具设计等,减少内部应力集中和缺陷的产生。
3. 热处理:对铸造后的车轮进行适当的热处理,提高材料的性能。
五、工艺优化建议与实验验证根据上述的工艺研究,我们提出以下优化建议:1. 选择更加优质的铝合金材料。
2. 对铸造过程进行精细化控制,如优化温度控制范围、模具材料及设计等。
3. 对车轮进行适当的热处理,如淬火和回火等,提高其力学性能和抗疲劳性能。
为了验证这些优化建议的有效性,我们进行了对比实验。
提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施
提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施齿轮是机械传动中常用的元件,而齿根弯曲疲劳是齿轮失效的主要原因之一。
为了提高齿根弯曲疲劳强度,需要采取一些措施来改善齿轮的设计、制造和使用。
本文将介绍几种主要的措施。
1. 优化齿形设计齿轮的齿形设计对齿根弯曲疲劳强度有着重要影响。
通过优化齿形设计,可以减小齿根的应力集中程度,降低齿根应力,从而提高齿根弯曲疲劳强度。
具体方法包括合理选择齿形参数、采用适当的修形方法等。
2. 提高材料强度齿轮的材料强度直接影响齿根弯曲疲劳强度。
选择具有较高强度和良好的韧性的材料,可以提高齿轮的强度和抗疲劳性能。
此外,采用先进的热处理工艺,如渗碳、淬火等,还可以进一步提高材料的强度。
3. 控制制造质量制造质量是影响齿根弯曲疲劳强度的重要因素之一。
要提高齿根弯曲疲劳强度,需要控制齿轮的制造质量,避免出现缺陷和不良工艺现象。
采用先进的加工设备和工艺,加强制造过程的监控和控制,可以有效地提高制造质量。
4. 加强润滑和冷却良好的润滑和冷却条件对于提高齿根弯曲疲劳强度至关重要。
通过选择适当的润滑剂和冷却介质,并确保其充分供应和循环,可以降低齿根的摩擦和热量积聚,减小齿根的应力和温度,从而延长齿轮的使用寿命。
5. 合理设计载荷和工作条件合理的载荷设计和工作条件选择对于提高齿根弯曲疲劳强度至关重要。
在设计齿轮时,应根据实际工作条件和使用要求,合理选择载荷、转速等参数,避免超载和过高的工作温度,从而减小齿根的应力和疲劳损伤。
提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施包括优化齿形设计、提高材料强度、控制制造质量、加强润滑和冷却,以及合理设计载荷和工作条件。
通过采取这些措施,可以有效地提高齿轮的抗疲劳性能,延长齿轮的使用寿命,确保机械传动的可靠性和安全性。
弯曲疲劳试验
弯曲疲劳试验简介弯曲疲劳试验是一种常用的材料力学性能测试方法,用于评估材料在受到交替弯曲载荷作用时的疲劳寿命。
该试验方法适用于各种不同类型的材料,包括金属、塑料、复合材料等。
弯曲疲劳试验可以揭示材料的持久性能、耐久性能和结构的可靠性,对于材料的设计和选择、材料性能的改善以及结构寿命预测都具有重要意义。
试验原理弯曲疲劳试验利用交替加载方式对试件进行加载,使其产生弯曲应变。
试件一般为长条形样品,其横截面形状可以是矩形、圆形或其他形状。
试件在加载过程中,会经历正弯曲和反弯曲的交替变形,这样的交替变形会导致材料内部的应力集中和损伤累积,从而引起材料的疲劳破坏。
试验过程中,通过施加不同的载荷幅度、频率和试验温度等条件,来模拟实际使用环境下的疲劳载荷。
试件在加载过程中,通过记录应力、应变、位移等数据,可以分析材料的疲劳寿命和疲劳性能。
试验设备弯曲疲劳试验通常需要一套完整的试验设备,包括机械部分和数据采集部分。
其中,机械部分主要由承载结构、加载系统和试验夹具组成;数据采集部分主要由传感器、数据采集器和计算机组成。
常用的设备包括弯曲疲劳试验机、拉伸试验机、冲击试验机等。
试验方法弯曲疲劳试验通常按照以下步骤进行:1.制备试件:根据规定的尺寸和形状,制备符合要求的试件。
试件的准备需要遵循标准规程,以确保试验结果的准确性和可比性。
2.安装试件:将试件固定在试验夹具上,并调整试件的位置和姿态,以确保加载过程中的准确性和稳定性。
3.设置试验参数:根据试验要求,设置试验的载荷幅度、频率、试验温度等参数。
试验参数的选择需要考虑材料的特性和实际使用条件。
4.开始试验:启动试验设备,开始进行弯曲疲劳试验。
试验过程中,需要记录试件的加载历程和产生的数据,以便后续的分析和评估。
5.试验结束:根据试验设备的要求,试验结束后停止加载,并进行数据处理和分析。
记录试验结果,并根据需要进行统计和综合评价。
试验结果分析通过弯曲疲劳试验得到的结果可以进行多方面的分析,主要包括以下几个方面:1.疲劳寿命评估:通过疲劳曲线和疲劳寿命曲线,评估材料的疲劳寿命。
大齿轮和小齿轮齿根弯曲疲劳强度
大齿轮和小齿轮齿根弯曲疲劳强度下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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弯曲疲劳试验方法
弯曲疲劳试验方法弯曲疲劳试验?嘿,这可是个超重要的测试方法!你知道不?先说说步骤吧!首先得准备好要测试的材料,就像要上战场的士兵,得把装备准备好。
然后把材料安装在特定的设备上,这一步可不能马虎,得像给宝贝找个安稳的家一样仔细。
接着启动设备,看着材料在那里被反复弯曲,就像在跳一支独特的舞蹈。
在这个过程中,要记录各种数据,这可关系到最后的结果呢!注意事项也不少哦!比如安装一定要牢固,不然材料飞出来咋办?那可就危险啦!还有数据记录要准确,不然就像在瞎忙活。
你说是不是?安全性和稳定性咋样呢?放心吧!只要按照正确的方法操作,就像走在平坦的大路上,不会有啥危险。
设备一般都很稳定,不会突然出啥幺蛾子。
就像一个可靠的伙伴,一直陪着你完成试验。
那弯曲疲劳试验都能用在啥场景呢?哎呀呀,可多啦!比如汽车零件的测试,这可重要啦!要是零件不耐用,在路上出问题咋办?弯曲疲劳试验就能帮我们找出那些不结实的家伙。
还有机械制造领域,各种零件都需要经过这个测试,就像给它们做一次严格的体检。
它的优势也很明显呢!能准确地检测出材料的性能,让我们知道哪些材料靠谱,哪些不行。
就像有一双火眼金睛,能看穿一切。
举个实际案例吧!有一家汽车制造公司,为了提高汽车的质量,对各种零件进行弯曲疲劳试验。
通过这个试验,他们发现了一些潜在的问题,及时进行了改进。
结果呢?汽车的质量大大提高,销量也蹭蹭往上涨。
你说,这效果牛不牛?再比如在建筑领域,一些关键的结构部件也需要进行弯曲疲劳试验。
要是这些部件不结实,房子塌了咋办?那可不得了!弯曲疲劳试验就能帮我们确保建筑的安全。
弯曲疲劳试验真的是个超棒的方法!它能让我们了解材料的性能,提高产品的质量。
赶紧用起来吧,让我们的生活更安全、更美好!。
《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》范文
《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展,铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀等优点得到了广泛应用。
然而,在汽车使用过程中,车轮常常需要承受复杂的应力,如弯曲、扭曲和压缩等,导致车轮的疲劳问题成为了关注的重点。
因此,铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺研究显得尤为重要。
本文将针对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析进行详细阐述,并探讨其相关工艺的研究。
二、铝合金车轮弯曲疲劳实验方法铝合金车轮的弯曲疲劳实验主要通过模拟车轮在实际使用过程中所承受的弯曲应力,通过多次循环加载来测试车轮的耐久性。
实验中,需要对车轮施加一定的弯矩,并记录其在循环加载下的性能变化。
三、实验失效分析1. 失效形式:铝合金车轮的弯曲疲劳失效主要表现在轮辐、轮毂等部位的裂纹和变形。
裂纹的产生和扩展会导致车轮的结构强度降低,进而影响其使用安全。
2. 影响因素:铝合金车轮的弯曲疲劳失效受多种因素影响,包括材料性能、制造工艺、载荷条件等。
材料性能方面,铝合金的强度、硬度、韧性等都会影响车轮的耐久性。
制造工艺方面,如铸造、锻造、热处理等过程都会对车轮的性能产生影响。
此外,载荷条件也是影响车轮耐久性的重要因素,如负载、速度、路面状况等。
四、失效原因分析1. 材料内部缺陷:铝合金材料中可能存在的气孔、夹杂物等缺陷,会导致材料性能不均匀,降低车轮的耐久性。
2. 制造工艺问题:制造过程中可能存在的铸造、锻造等问题,如组织不均匀、晶粒过大等,都会影响车轮的性能。
3. 应力集中:在车轮的某些部位,如轮辐、轮毂等处,由于结构的不连续性,容易产生应力集中现象,导致裂纹的产生和扩展。
五、工艺研究1. 材料选择与优化:选择具有优良性能的铝合金材料,并通过合金化、热处理等方式优化材料的性能,提高车轮的耐久性。
2. 制造工艺改进:优化铸造、锻造等制造过程,减少组织不均匀、晶粒过大等问题,提高车轮的质量。
3. 结构设计优化:通过优化车轮的结构设计,减少应力集中现象,提高车轮的抗疲劳性能。
不锈钢齿轮的弯曲疲劳强度极限
不锈钢齿轮的弯曲疲劳强度极限不锈钢齿轮的弯曲疲劳强度极限1. 引言不锈钢齿轮是一种常见的机械传动装置,广泛应用于各种工业领域。
而在这些应用中,齿轮的弯曲疲劳强度极限是决定其使用寿命和可靠性的关键因素之一。
本文将以不锈钢齿轮的弯曲疲劳强度极限为主题,通过对其深入探讨,帮助读者更全面、深刻地了解这一重要参数。
2. 不锈钢简介2.1 不锈钢的特点不锈钢是一种具有耐腐蚀性和耐高温性的合金材料,其主要成分为铁、铬、镍等元素。
不锈钢齿轮由于其抗腐蚀性能、机械性能和可靠性等优势,被广泛应用于食品、化工、船舶等领域。
3. 弯曲疲劳强度极限的定义3.1 弯曲疲劳强度弯曲疲劳强度指的是在一定循环次数下,材料在受到弯曲载荷时发生裂纹的能力,通常以弯曲疲劳极限承载力来表示。
对于不锈钢齿轮来说,其弯曲疲劳强度极限决定了其在使用寿命内能否承受弯曲载荷而不发生裂纹。
4. 影响弯曲疲劳强度的因素4.1 材料性能不锈钢齿轮的弯曲疲劳强度受到材料的力学性能和化学成分的影响。
其中,硬度、弹性模量、塑性和疲劳极限等是影响弯曲疲劳强度的重要因素。
4.2 加工工艺不锈钢齿轮在生产过程中经历了材料的锻造、加工、淬火等工艺。
合理的加工工艺可以提高不锈钢齿轮的弯曲疲劳强度极限,而不当的加工则会导致弯曲疲劳强度降低。
4.3 载荷作用方式不锈钢齿轮在使用过程中承受着不同形式和强度的载荷作用,如交变载荷、冲击载荷等。
载荷作用方式直接影响着齿轮的弯曲疲劳强度极限,不同载荷作用下的弯曲疲劳强度极限有所不同。
5. 不锈钢齿轮的弯曲疲劳寿命评估方法5.1 查表法通过查阅相关表格,可以得到不同材料、不同载荷下的弯曲疲劳强度极限值。
在实际应用中,可以通过实测载荷与查表值相对比,进而评估不锈钢齿轮的弯曲疲劳寿命。
5.2 标准试验法通过将不锈钢齿轮进行标准化试验,测得其在不同载荷条件下的弯曲疲劳寿命,从而评估其弯曲疲劳强度极限。
这种方法相对繁琐,但可以提供更准确的结果。
提高轮齿弯曲疲劳强度的措施
提高轮齿弯曲疲劳强度的措施
提高轮齿弯曲疲劳强度的措施可以包括以下几个方面:
1. 材料选择:选择高强度、高韧性和耐疲劳性能良好的材料,如合金钢、渗碳钢或渗氮钢等。
这些材料具有较高的抗拉强度和韧性,能够更好地承受弯曲载荷。
2. 热处理:通过适当的热处理工艺,如淬火、回火或表面渗碳等,可以改善轮齿的组织结构和性能。
热处理可以提高材料的硬度和强度,增加其抗疲劳性能。
3. 轮齿设计:合理的轮齿几何形状和尺寸设计可以减小应力集中和应力浓度,从而降低轮齿的疲劳敏感区域。
例如,采用圆弧齿廓、增加齿根半径、调节齿根角度等设计措施都可以提高轮齿的疲劳强度。
4. 表面处理:通过表面处理技术,如滚刻、打磨、磨削等,可以消除表面缺陷和应力集中,提高轮齿的表面质量和耐疲劳性能。
5. 加工工艺控制:严格控制轮齿的加工工艺参数,如切削速度、进给量、切削液选择等,可以减小加工产生的残余应力和表面质量问题,提高轮齿的疲劳强度。
、综上所述,通过合理的材料选择、热处理、轮齿设计、表面处理和加工工艺控制等措施,可以有效提高轮齿的弯曲疲劳强度,延长其使用寿命。
旋转弯曲疲劳试验原理和方法
旋转弯曲疲劳试验原理和方法
旋转弯曲疲劳试验是一种用于评估材料或产品在旋转和弯曲负载下的疲劳性能
的测试方法。
通过在特定的工况下施加旋转和弯曲载荷,并评估材料在循环加载下的损伤和失效机制,这种试验方法可以提供有关材料疲劳性能和寿命的重要信息。
试验的原理基于材料在循环加载下的疲劳损伤累积。
在旋转弯曲疲劳试验中,
样品通常通过在固定负载下进行旋转和弯曲加载来模拟实际工况。
通过逐渐增加载荷幅值或循环次数,试验可以模拟材料在实际使用中的循环应力下所经历的疲劳循环。
在进行旋转弯曲疲劳试验时,需要考虑一些关键因素以确保准确和可重复的结果。
首先,选择适当的试验样品,以代表真实工况下材料或产品的应力和应变状态。
其次,确定试验加载条件,包括载荷幅值、频率和试验温度等。
这些参数应该根据目标应用和实际使用情况进行选择。
常见的旋转弯曲疲劳试验方法包括三点弯曲试验和转子试验。
三点弯曲试验中,样品在两点之间受到弯曲加载,通过逐渐增加载荷幅值来模拟疲劳循环。
转子试验类似于实际旋转部件的加载情况,样品通过旋转加载和弯曲加载来模拟真实工况。
通过监测样品在试验过程中的载荷响应、变形特征和失效模式,可以评估材料
或产品在旋转和弯曲负载下的疲劳性能。
常用的评估指标包括疲劳寿命、疲劳极限和失效形态等。
总而言之,旋转弯曲疲劳试验是一种重要的测试方法,可用于评估材料或产品
在旋转和弯曲负载下的疲劳性能。
准确选择试验样品和加载条件,并监测载荷响应和变形特征,可以得出有关材料疲劳寿命和失效机制的重要信息,进一步优化设计和改进材料的使用。
齿轮弯曲疲劳可靠性的研究
齿轮弯曲疲劳可靠性的研究化工过程机械 612080706248 邓坤军摘要:对于齿轮弯曲疲劳可靠性的几个基本问题进行了分析与研究,从失效机理出发讨论了其分布类型、分析了其疲劳源、探讨了其分散性。
最后讨论了整个齿轮的概率分布和疲劳极限问题,为正确进行齿轮的弯曲疲劳可靠性计算提供一些理论依据。
一、引言到现在为止,虽然有不少关于齿轮强度的研究,但多数是根据对各种齿的光弹性实验等来确定齿根圆处的应力集中。
或者对各种齿形. 材料和热处理的讨论,对于齿轮弯曲强度可靠性的基本问题, 尤其是可靠性的失效物理分析研究甚少。
由于齿轮弯曲强度的可靠性分析是十分复杂的,解决可靠性问题的主要方法不能只限于可靠性统计,关键是必须讨论和研究引起组织的结构发生变化的失效物理原因分析,因为失效物理分析是可靠性研究不可缺少的重要一环。
只有详细地了解这些物理现象,才能使可靠性统计更加准确,才能有效地提高齿轮的可靠性。
因此,这里着重于研究齿轮弯曲强度可靠性研究的几个基本问题,配合失效现象的失效物理分析, 进而为齿轮可靠性设计使用维护。
修理等提供重要的理论依据。
二、轮齿弯曲疲劳强度的寿命概率分布问题轮齿齿根弯曲应力的分布规律。
在现有的文献中,争论较大有的文献认为服从Γ分布, 有的认为服从对数正态分布。
也有的为了安全起见, 认为服从正态分布,但是都缺乏足够的试验根据【1】。
一些机械零件可靠性设计书籍中为了计算方便 ,假设其服从正态分布作为近似概率模型,并运用变异系数0.04C =来补偿模型的近似性,并被广泛引用。
但 是这些假设(包括对数正态分布)从根本上都有一个重大缺陷, 即当失效概率很小时, 齿轮的寿命趋近于零. 显然这与 实际不相符合,并被许多试验结果所否定,而参数 Weibull 分布有个位置 参数,在轮齿寿命中表征最小寿命,这与轮齿弯曲疲劳特性的实际相符台。
所以,将参数Weibull 分布理论运用到轮齿弯曲强度的概率分布研究中。
《2024年铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》范文
《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展,铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性及良好的机械性能在汽车行业中得到广泛应用。
然而,车轮在实际使用中需要承受复杂且苛刻的应力条件,其中弯曲疲劳成为了其重要失效因素之一。
本文将对铝合金车轮弯曲疲劳实验的失效进行分析,同时探讨相关工艺的研究,以进一步提高车轮的性能和使用寿命。
二、铝合金车轮弯曲疲劳实验的失效分析(一)实验设计与方法在进行弯曲疲劳实验前,需要对铝合金车轮的几何形状、材料性质等进行明确的设计与定义。
本部分采用国际标准的实验方法和仪器进行弯曲疲劳实验,通过对实验数据进行分析,以揭示铝合金车轮的失效模式和原因。
(二)失效模式铝合金车轮的失效模式主要包括裂纹扩展、变形和断裂等。
在弯曲疲劳实验中,这些失效模式通常表现为车轮表面或内部的裂纹形成和扩展,以及车轮形状的明显变化。
这些失效模式严重影响了车轮的性能和使用寿命。
(三)失效原因分析通过对实验数据的分析,发现铝合金车轮的弯曲疲劳失效主要源于材料的不均匀性、制造工艺的差异以及外部应力等因素。
其中,材料的不均匀性可能导致车轮在承受应力时出现局部应力集中;制造工艺的差异可能影响车轮的结构完整性和强度;外部应力则是导致车轮失效的直接原因。
三、铝合金车轮制造工艺的研究(一)材料选择与预处理选择高质量的铝合金材料是制造高性能车轮的关键。
此外,对材料进行预处理,如热处理、表面处理等,可以提高材料的力学性能和耐腐蚀性,从而增强车轮的抗疲劳性能。
(二)制造工艺优化针对铝合金车轮的制造过程,应优化工艺流程,减少制造过程中的缺陷和应力集中。
例如,采用先进的铸造技术、锻造技术和焊接技术等,可以提高车轮的尺寸精度和结构完整性。
此外,对制造过程中的温度、压力等参数进行精确控制,可以避免因工艺参数不当导致的车轮性能下降。
(三)表面处理技术表面处理技术对提高铝合金车轮的抗腐蚀性和耐磨性具有重要意义。
例如,采用喷涂、阳极氧化等表面处理技术,可以在车轮表面形成一层保护膜,提高车轮的耐腐蚀性和耐磨性。
旋转弯曲疲劳强度与对称弯曲疲劳强度
旋转弯曲疲劳强度与对称弯曲疲劳强度旋转弯曲疲劳强度与对称弯曲疲劳强度是材料疲劳性能的两个重要指标。
在材料应用过程中,这两个参数可以用来评估材料在实际工况下的疲劳寿命和安全性能。
下面将详细介绍这两个指标的定义、计算方法以及对材料性能的影响。
1.旋转弯曲疲劳强度是指材料在应力和应变周期循环加载下,在固定角度内的弯曲疲劳寿命。
这种加载方式通常适用于旋转机械设备中的转轴等工件。
旋转弯曲疲劳强度的计算方法包括基于极限弯曲应力的S-N曲线法和应变解析法等。
2.对称弯曲疲劳强度是指材料在应力和应变周期循环加载下,受到对称弯曲作用时的疲劳寿命。
这种加载方式通常适用于结构工程中的梁、悬臂梁等构件。
对称弯曲疲劳强度的计算方法一般采用极限弯曲应力与抗弯强度之间的关系。
旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度的计算方法和影响因素有一些共同之处,但也存在一些差异。
对于旋转弯曲疲劳强度的计算,常用的方法是使用极限弯曲应力(Smax)与材料疲劳极限强度(Se)之间的关系来进行。
根据经验公式,可以得到一个经验关系式:Smax=kf·Se。
其中,kf是修正系数,用来考虑一些影响因素,如载荷分布不均匀、表面质量和加工状态等。
修正系数的确定需要结合实际情况,可以通过试验和经验公式来确定。
对于对称弯曲疲劳强度的计算,一般采用抗弯强度(Sb)来替代极限弯曲应力,即Smax=kf·Sb。
这是因为对称弯曲加载下的构件受力情况具有对称性,疲劳寿命与材料的抗弯强度有直接关系。
在实际应用中,材料的微观结构和强度对旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度都有显著的影响。
一般来说,粗晶材料的疲劳强度较低,微观平行放射晶体结构的金属材料,其疲劳强度较高。
此外,材料的加工工艺也会对疲劳强度产生影响。
例如,热处理过程中的残余应力会降低材料的疲劳强度。
此外,载荷情况也对旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度产生影响。
例如,旋转弯曲加载下的材料通常会出现应力集中的情况,导致疲劳寿命较短。
考虑滚压强化作用的铸铁曲轴弯曲疲劳分析
摘 要 :铸铁 曲轴广泛 采用 了圆角 滚压 强化 技 术来 提 高 其 弯 曲疲 劳 强度 , 行 疲 劳 分 析 时必 须 进
考 虑滚压 引入 的残余 应力 。针 对某 圆角 滚压 铸铁 曲轴 , 先 建 立 了与其 对 应 的滚 轮~ 阶梯 轴 三维 首
柔一 柔接 触 有 限元模 型 , 过滚 轮压 入一 相 对转 动一 滚轮 卸载模 拟 滚压 过程 , 到 了圆角滚 压残 余 通 得 应 力 ; 后进 行 了试验 弯 矩作用 下 的 曲轴单 拐有 限元 受力 分析 得 到 了 圆角 的弯 曲应力 及 应 变 。为 然
A b tact sr :As il t oln a d n n tc n q e a b e wi ey s d o e h n e t e e d n aiue f l r l g h r e i g e h i u h s e n e i d l u e t n a c h b n i g f tg sr ngh o a tio r n h f ,te r sd lsr s ue t le oln te t fc s r n c a ks a t h e i ua te sd o f ltr li g mus e c n i e e n f t u n l i tb o sd r d i a i e a a— g
的应 力水 平 。获得 较 为准 确 的滚 压残 余应 力对 于 曲 轴弯 曲疲 劳分 析 十分 重 要 , 由于 曲轴 形 状 较 为复 但 杂且 圆角 尺寸 较小 , x射线 衍射 、 钻孔 等试 验 技术 不 能准 确地 测定 残余 应 力 值 , 因此 主 要 通 过 有 限元 计 算 获 得滚压 残余 应力 分 布规 律 。 在 已公 开 发表 的相 关 研 究 中 , 国庆 等 和 彭 张 禹等 计 算 了 曲轴 的外 载荷 和 圆 角 应 力 并 进 行 了 疲 劳分 析 , 并 没有 涉 及 强 化 工 艺 引入 的残 余 应 力 但 的影 响。C i he n等 [ 、 h i 5 C o 等 和 S i r 等 首 先 3 pt i e
弯曲疲劳强度
弯曲疲劳强度
弯曲疲劳强度是指材料在反复受到弯曲载荷作用下,能够承受多少次载荷循环后失效的能力。
这种疲劳强度是材料设计和使用过程中非常关键的参数,因为许多机械结构在工作状态下都会受到弯曲载荷的作用,如桥梁、车辆的车架以及各种机械装置的关键部件等。
弯曲疲劳强度的大小取决于材料的强度、韧性、硬度、组织结构等多种因素。
一般来说,材料的弯曲疲劳强度比它的拉伸疲劳强度要低得多,因为在弯曲载荷下,材料容易发生变形和应力集中,从而导致疲劳裂纹的产生和扩展。
此外,弯曲疲劳强度还受到载荷大小、载荷频率、温度和环境气氛等因素的影响。
为了预测材料的弯曲疲劳强度,通常采用试验方法来进行研究。
通过对不同条件下的弯曲载荷进行循环加载,可以得到材料在不同循环次数下的应力-应变曲线,从而计算出其弯曲疲劳强度。
此外,还可以利用材料力学模型和计算机模拟方法来预测材料的弯曲疲劳强度,这对于材料设计和优化具有重要意义。
- 1 -。
提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施
提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施引言齿轮是现代机械传动中广泛使用的零部件,而齿根弯曲疲劳是齿轮断裂的主要原因之一。
提高齿根弯曲疲劳强度对于保证机械传动的稳定性和可靠性至关重要。
本文将探讨一些主要的措施,以提高齿根弯曲疲劳强度。
一、材料的选择与优化1. 优化材料强度和韧性的平衡材料的选择对于提高齿根弯曲疲劳强度是至关重要的。
一般来说,材料的强度与韧性具有一定的互斥性,过高的强度可能会导致韧性降低,从而增加齿根弯曲疲劳的风险。
因此,需要对材料进行优化,寻找强度和韧性之间的平衡点。
2. 选择适合的热处理工艺热处理可以有效地改善材料的力学性能。
适当的热处理工艺可以提高材料的强度和韧性,从而增加齿根的疲劳强度。
常用的热处理工艺包括淬火、回火等,根据具体的材料和应用场景进行选择。
二、几何形状设计的优化1. 合理选择模数和齿轮参数齿轮的模数和几何参数对于齿根弯曲疲劳强度有着直接的影响。
模数的选择应根据具体的应力分布、载荷条件和工作环境来确定。
合理选择齿轮的几何参数,如齿宽、齿距等,可以减小应力集中,提高齿根的疲劳强度。
2. 使用修形齿根设计修形齿根设计是一种常用的提高齿根弯曲疲劳强度的方法。
通过改变齿根的几何形状,如采用圆弧形状的齿根,可以减小应力集中,提高齿根的疲劳强度。
三、加工工艺的改进1. 优化加工工艺参数合理的加工工艺参数对于提高齿根弯曲疲劳强度也起着重要的作用。
在加工过程中,应根据具体的材料和工艺要求,选择适当的切削速度、进给量和切削深度等参数,以减小加工应力,减少表面裂纹和缺陷。
2. 提高加工精度和表面质量加工精度和表面质量对于齿根弯曲疲劳强度有着直接的影响。
提高加工精度可以减小齿根的应力集中,提高疲劳强度。
同时,保证齿轮表面的光洁度和光滑度,可以降低表面裂纹和缺陷的发生概率,进一步提高疲劳强度。
四、应力分析与优化1. 有限元分析有限元分析是一种常用的应力分析方法,可以对齿轮的应力分布进行精确的计算和模拟。
提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施
提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施
齿根弯曲疲劳是机械零件在长期使用过程中出现的一种疲劳破坏形式,对于提高机械零件的使用寿命和可靠性具有重要意义。
为了提高齿根
弯曲疲劳强度,需要采取以下主要措施:
1. 优化设计
在机械零件的设计过程中,应该尽可能地减小应力集中和应力幅值,
以降低齿根弯曲疲劳的发生概率。
具体而言,可以采用合理的齿形设计、减小齿根半径、增加齿数等方式来优化设计。
2. 选择合适的材料
材料的强度和韧性是影响齿根弯曲疲劳强度的重要因素。
因此,在选
择材料时,应该根据机械零件的使用条件和要求,选择具有高强度和
高韧性的材料,如合金钢、铸钢等。
3. 加强表面处理
表面处理可以提高机械零件的表面硬度和耐磨性,减少表面裂纹和缺陷,从而降低齿根弯曲疲劳的发生概率。
常用的表面处理方法包括渗
碳、氮化、淬火等。
4. 控制加工工艺
加工工艺的合理控制可以减少机械零件的表面裂纹和缺陷,从而降低
齿根弯曲疲劳的发生概率。
具体而言,应该控制加工温度、加工速度、切削深度等参数,避免过度加工和过热等情况的发生。
5. 加强检测和维护
定期对机械零件进行检测和维护,及时发现和处理表面裂纹和缺陷,
可以有效地延长机械零件的使用寿命和可靠性,降低齿根弯曲疲劳的
发生概率。
综上所述,提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施包括优化设计、选择合
适的材料、加强表面处理、控制加工工艺和加强检测和维护等方面。
在实际应用中,应该根据具体情况采取相应的措施,以提高机械零件
的使用寿命和可靠性。
5-弯曲疲劳
2. 试验设备及试验件材料来自45钢标准TPB试样 载荷给定:
max
M max ymax Iz
3.试验过程
前期准备
试样编号、尺寸测量
初始载荷给定
根据静力性能结果,给定合适的载荷
升降法试验
选取恰当的级差,进行试验,得到升降图
4.试验数据处理
绘制升降图
计算疲劳强度
1 ' ˆ S50 ' S ri ni n 1 S ri ( Si Si 1 ) 2
试验五 金属材料三点弯高频疲劳强度试验
基础知识
疲劳强度、升降法
试验介绍
试验目的 试验设备及试验件 试验过程 试验数据处理
基础知识
疲劳寿命:在给定的应力下,材料或构件 发生破坏时所经历的循环数 —测试方法:成组法 疲劳强度:在给定的疲劳寿命下,材料能 够承受的最大疲劳应力 —测试方法:升降法
基础知识
升降法的基本思想
如果在某一疲劳应力下,试样未达到指定寿 命即发生破坏,而在较低应力水平下达到给定 的寿命仍未破坏,则疲劳强度值应在这两个应 力之间。 根据前一个试样试验的结果,不断调整试验 的应力水平,则各个试样的应力水平将分布在 真正的疲劳强度均值周围。
升降法的基本步骤
确定疲劳寿命N0,试样在达到这个寿 命时未破坏也停止试验。 确定第一个试样的疲劳应力,应尽量接 近疲劳强度的均值。 依次进行试验。每个试样的应力由前一 个试样的试验结果确定。将试验结果绘 制成图,即升降图。 利用升降图,采用配对法计算疲劳强度
升降图的绘制
破坏-×
未破坏- o
确定有效数据的起始位置 级差的选取 升降图的闭合
配对法:
从最高一级应力的试验结果开始,与它下一 级应力的相反试验结果进行配对,利用得到的对 子数,得到应力的加权平均值,即疲劳极限。
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doi:10.1111/j.1460-2695.2010.01450.xIndustrial experiences of bending fatigue strength in table liner for cement millS.-H.BAEK,1S.-S.CHO 2and W.-S.JOO 31GraduateSchool of Mechanical Engineering,Dong-A University,840Hadan2-dong,Busan 604-714,Korea,2Department of Vehicle Engineering,College of Engineering,Kangwon National University,Samcheok,Gangwon-do 245-711,Korea,3Department of Mechanical Engineering,Dong-A University,840Hadan2-Dong,Busan 604-714,Korea Received in final form 17November 2009A B S T R A C T A table liner for the vertical roller mill has been used to grind natural limestone.Un-expected fatigue failure accidents have occurred during portland cement manufacturing process.The design life of a table liner is 4×107cycles,but the actual fatigue life of a table liner is 2×106to 8×106cycles.The fatigue crack of a table liner initiates from the outside edge of the grinding path of the limestone.When such a crack occurs,the table liner has to be replaced,and this requires 30%of the total maintenance cost of the vertical roller mill.Therefore,this study examines the fatigue failure of a table liner by plane-bending fatigue test,stress measurement test,finite element analysis and fatigue fracture analysis.Keywords bending fatigue strength;finite element analysis;Goodman diagram;stress-life curve;vertical roller mill.I N T R O D U C T I O NA vertical roller mill for cement production is far supe-rior than the existing tube mill with respect to energy efficiency.However,the table liner for a roller mill un-dergoes periodic repeated loading because it is a rotary machine.A fatigue function is expressed in terms of the stress ratio and mean ually,a fatigue function uses the Goodman diagram.1–3Stress ratio R in a fatigue cycle is defined as follows.4,5R =σmin σmax(1)where σmin is the minimum stress and σmax is the maximum stress in a fatigue stress cycle.Joo et al.6,7reported that the loads applied to a turbine blade are repeated bending load,torsional load and cen-trifugal load.According to X-ray fractography and the Goodman diagram,repeated bending stress is the major cause of turbine blade fatigue failure.Mandell et al.4,8,9proposed the Goodman diagram based on 13stress ratios.This method formulated the S-N behaviour considering the effect of mean stress.Correspondence :W.-S.Joo.E-mail:wsjoo@dau.ac.krFigure 1shows the photograph of the vertical roller mill analyzed in this study.The vertical roller mill consisted of two rolling tires and a table liner with eight steel plates.The table liner was made of SC450steel and had a plasma-sprayed WC-15%Co coating layer.The expected design fatigue life of the table liner was 4×107cycles,but the actual fatigue life was 2×106to 8×106cycles.The surface hardening layer of the table liner was subjected to wear and repeated bending tensile load.The prema-ture failure of the table liner can be ascertained from data on the contact fatigue.But,the surface hardening layer of the table liner was made of a big-particulate material.That is,the macrostructure of the material can relieve the stress concentration due to contact.A table liner is a rotary machine component with a very complex fail-ure pattern.Therefore,it is very difficult to simulate the in-service conditions of a table liner.In this study,the fatigue strength of a table liner is estimated by stress mea-surement,finite element analysis (FEA),bending fatigue test and the Goodman diagram.M A T E R I A L A N D E X P R I M E N T A L P R O C E D U R E SMaterial and test specimenFigure 2shows the failure pattern of the table liner exam-ined in this study.Crack initiated from the corner of the358c 2010Blackwell Publishing Ltd.Fatigue Fract Engng Mater Struct 33,358–364Fatigue & Fracture ofEngineering Materials & StructuresBENDING FATIGUE STRENGTH IN TABLE LINER FOR CEMENT MILL359Fig.1Vertical rollermill.Fig.2Sampling directions of tensile and bending specimens and fracture process of table liner.Fig.3Tensile test specimen configuration.table liner and grew in the cylindrical and axial directions.To test the mechanical properties of a table liner,the test specimen should reflect the damage pattern of the table liner.Therefore,the principal stress direction of the test specimen was made to coincide with the radial direction of the table liner.Six tensile test specimens and 18fatigue test specimens were prepared.Figure 3shows a tensile test specimen made according to ASTM E8M-94a.10An electro-mechanical system of 98kN capacity (Instron,model 1337,USA)was used to carry out the tensile tests.An extensometer was calibrated to an accuracy of under 2μm.It had a standard deviation of 2.5μm.11Poisson’s ratio was measured by a strain gauge of 5mm in length (Kyowa,KFC-5-D16-23,Japan)and a strain measurement device (Kyowa,UCOM-93,Japan).Table 1Mechanical properties of SC450steel PropertiesUnused Used Yield strength (MPa)238.2241.6Ultimate tensile strength (MPa)480474Poisson’s ratio 0.30.306Elongation (%)2422.7Young’s modulus (GPa)203206The test specimens were made of materials taken from an unused table liner and a fractured table liner,respec-tively.Table 1shows the results of the tensile test.The mechanical properties of the fractured table liner showed hardly any difference from those of the unused table liner.We could expect the table liner to be in an elastic state.Plane bending fatigue testFigure 4shows theSchenck-type bending fatigue test-ing machine (Mori testing machine,model 5171,Japan)and a fatigue test specimen.The configuration of the fa-tigue test specimen was determined,considering Peter-son’s stress concentration factor and the grip size of theFig.4Configuration of test specimen used in Schenck-type bending fatigue tests.c 2010Blackwell Publishing Ltd.Fatigue Fract Engng Mater Struct 33,358–364360S.-H.BAEK etal.Fig.5Fracture aspect of table liner for vertical mill.testing machine.12The stress concentration factor and curvature radius of the fatigue testing specimen were 1.05and 39mm,respectively.The maximum bending mo-ment,the loading speed and the test temperature were 20N m,1500rpm and room temperature,respectively.F A T IG U E S T R E N G TH A N A L Y SI S O F T H E T A B L E L I N E RFailure accident of the table linerThe diameter of the vertical roller mill was 6240mm,and the radius of the table liner was 2390mm.The driv-ing power and grinding volume of the limestone were 4250kW and 5.5MN/hr,respectively.Figure 5shows the failure pattern of the vertical roller mill.A table liner is used to prevent the mill table from being worn by lime-stone.The top of the table liner were made from SC450steel and the bottom of the table liner had a built-up welding layer.Figure 6shows the hardening layer crack that formed after the built-up welding.The average diameter of the cracks was 6.5mm.These cracks occurred during the welding process but not when the table liner was in service.Also,particulate cracks minimized the welding residual stress anddelamination.Fig.6Macrostructure of hardfacing layer in table liner.The surface hardening layer of the table liner had a life of less than 4×107cycles.If the life of the table liner exceeds 4×107cycles,the surface hardening layer would reach its wear limit.But,more than 80%of table liners are replaced by fatigue fracture and not by wear.Fatigue crack was initiated at the interface between the surface hardening layer and the base metal of the ta-ble liner.Also,the fatigue crack grew in the radial and the thickness direction from the edge of the table liner.Ahmed et al.13proposed that the rolling contact fatigue crack in a WC-15%Co sprayed material initiates due to the shear stress in the base metal as well as the difference in the mechanical properties between the coating layer and the base metal.Static structural analysisFigure 7shows the results of the plane bending fatigue test for stress ratio –1.Unfractured test conditions appear104105106107160180200220240260280300320S t r e s s a m p l i t u d e σ (M P a )Cycles to failure N (cycle)Fig.7S-N curve of SC450steel.c 2010Blackwell Publishing Ltd.Fatigue Fract Engng Mater Struct 33,358–364BENDING FATIGUE STRENGTH IN TABLE LINER FOR CEMENT MILL361Fig.8Finite element model of vertical rollermill.Fig.9Von-Mises stress distribution of table liner for vertical roller mill.upon more than 1×107cycles.The endurance limit obtained from the staircase test method was 185MPa.FEA of the vertical style roller mill was performed with ANSYS R8.0.14An 8-node hexahedron element was used.The numbers of elements and nodes were 88149and 100638,respectively.The finite element model exam-ined a quarter of the mill.The boundary condition for the mill was set to the axisymmetric condition.The ap-plied load was determined by using the static equilibrium relation between the rolling tire and the table liner (See Fig.8).Based on this assumption,the applied force on the inner and outer contact region is 1.1MN and 2.9MN,respectively.15,16Figure 9shows the FEA of the table liner.The maximum principal stress of 222.3MPa was obtained at the loading point.The minimum principal stress of 28.94MPa was obtained at 90◦from the loading point.To examine the FEA results,static stress measurement tests were performed by using a hydraulic pressurepistonFig.10Location of strain gauge used at static stress measurement.Photography of strain gauge attached to table liner.2400210018001500120090060030006080100120140160180200220240260280V o n -M i s e s s t r e s s (M P a )Radius from center of table (mm)Fig.11Radial stress distribution of the table liner.(RG 400/180-550).The strain gauge used in the stress measurement test was the delta rosette gauge (Kyowa-KFG-5-120-D17-11).The length of the strain gauge was set to 5mm considering the area of the table liner.Figure 10shows the attachment locations of the strain gauges.These locations were the “most dangerous”areas according to the FEA result and were most likely to cause failure accidents of the table liner.Strain gauges were attached at 15◦intervals from location A.Experimental principal stresses were obtained from the strain gauges.Figure 11shows the radial direction stress distribution in the table liner.A sine stress waveform was obtained in the radial direction.In the grinding path,the outside stress distribution was 1.3times higher than the inner stress distribution.Therefore,the stress concentrated on the outer grinding path.Stresses at 45◦and 90◦from location A appeared to be lower than the stresses at 0◦c 2010Blackwell Publishing Ltd.Fatigue Fract Engng Mater Struct 33,358–364362S.-H.BAEK et al.360330300270240210180150120906030P r i n c i p a l s t r e s s (M P a )Circumferential angle (degree)Fig.12Comparison of principal stress distribution of circumferential direction.from location A.From the above results,the maximum stress in the table liner was produced at location A on the outside grinding path.Figure 12shows the cylindrical directional stress distri-bution at intervals of 15◦around the maximum principle stress.The solid line is the maximum principal stress re-gression curve,which was generated from measurements given by the strain gauges,and the dotted line is the maxi-mum principal stress regression curve obtained from FEA.The difference between the FEA and strain gauge meth-ods themselves generated an error of 12%of the maxi-mum principal stress values.But,the distribution of the principal stress obtained from the FEA was similar with that obtained from the strain gauge.Therefore,the stress waveform of the table linerwas similar to that of the rotary machine such as a pump and gear.17The stress pattern of the table liner indicated a symmetric structure with re-spect to 180◦.The table liner was subjected to two repeat bending stress per one revolution.Figure 13shows the location of the maximum principal stress and the location of actual failure from the centre of the outside grinding path of the table liner.The maximum principal stress was measured experimentally at 10locations in the high stressC e n t e r o f v e r t i c a l r ol l e r m i l lFig.13Fracture position at the outside grinding path by visual examination and FEA.S t r e s s a m p l i t u d e σa (M P a )Mean stress σm (MPa)Fig.14Goodman diagram for table liner.Note that the Goodman line endpoint is the UTS from an axial tensile test.distribution area.The experimental maximum principal stress was located between 118mm and 358mm from the centre of the outside table liner.The analytic maximum principal stress was located 257mm from the centre of the outside table liner.Therefore,the maximum princi-pal stress region was found to be the area that fractured most frequently in the table liner.Fatigue strength estimationThe Goodman diagram 1–3,18is used to evaluate fatigue failure of parts under repeated load.Figure 14shows the operation condition of the table liner in the Goodman diagram.A safe domain was bounded by a limit line in the form of a straight line through two limit points taken from the ultimate tensile strength of 474MPa and the fatigue limit of 185MPa.The line was a solid line.Stress ratio in table liner is 0.5.The endurance limit line given above doesn’t consider the mean stress effect.Therefore,the effect of the mean stress on life can be estimated by ap-plying the modified Goodman expression to an equivalent reversed value for the stress at the notch.σar =σa1−σmσu (2)where σar is the equivalent completely reversed stress am-plitude,σm is the mean stress (=125MPa),σa is the stress amplitude (=125MPa)and σu is the ultimate strength (=480MPa).Fatigue notch factor k f =1is employed in this study because notch has a large radius and SC450steel is ductile material.The dotted line represents the endurance limit line in the form of a straight line through two limit points taken from the ultimate tensile strength of 474MPa and the equivalent completely reversed stress amplitude of 169MPa.c 2010Blackwell Publishing Ltd.Fatigue Fract Engng Mater Struct 33,358–364BENDING FATIGUE STRENGTH IN TABLE LINER FOR CEMENT MILL363The dash dotted line marked the region where the mean stress was equal to the stress amplitude;that is,this line means the region where stress ratio equals0.The mean stress and stress amplitude of the table liner were deter-mined from the maximum and minimum stress obtained by FEA.The table liner can move to the structurally dan-gerous area easily due to the in-service conditions because the stress condition of the table liner existed on the bound-ary of the Goodman diagram.The fatigue limit used in the Goodman diagram was measured in the controlled test conditions.The fatigue limit of a machine part depends strongly on its various conditions(surface roughness,material struc-ture,residual stress,and processing method).The cor-relation of the fatigue limit and some of the factors can be expressed by the empirical equation.To account for the important of these conditions,we employ a variety of modifying factors,each of which is intended to account for a single ing this idea,we may writeSe=C load C size C surf C temp C residual C reliab S e(3) where S e is fatigue limit of the table liner and S e is fatigue limit of SC450steel(R=−1).Cho et al.16proposed some strength reduction factors in the table liner.These are as follows.C load=1,C size=0.6,C surf0.814,C temp=1,C reliab=0.897(4)Residual stress in the surface layer of table liner plays an important role in the overall fatigue properties of the part.In this study,we may consider the induced residual stress at table liner surface as tensile stress.Grover et al.19 proposed that the residual stress factor C residual had0.52 for the worst welded test condition.We obtain C residual= 0.52.If we substitute above factors into Eq.(3),we obtainmodified fatigue limit38.5MPa.When all the modifying factors are considered,fatigue limit dropped by77.2%. From the above test result,the fatigue limit in the stress amplitude axis was set to38.5MPa.The fatigue limit line was represented with a dotted line in Fig.14.The results from FEA and strain gauge analysis exist in the dangerous area of the Goodman diagram.Therefore, the fatigue limit of the table liner should be determined by considering the fatigue strength reduction factors of the table liner.C O N C L U S I O N SThis study investigated the fatigue strength estimation of a table liner for a vertical roller mill by using the plane-bending fatigue test,stress measurement,FEA and the Goodman diagram.1Fatigue crack was initiated at the interface between the surface hardening layer and the base metal of the table liner.Also,the fatigue crack grew in the radial and the thickness direction from the edge of the table liner.2The table liner was subjected to two repeat bending stress per one revolution.3The table liner exists in the structurally“dangerous”area because the stress condition of the table liner exists out of the boundary of the Goodman diagram.4Fatigue strength reduction factors are useful in explaining the premature failure of the table liner. AcknowledgmentThis work was supported by the research fund of Dong-A University.R E F E R E N C E S1Goodman,J.(1899)Mechanics Applied to Engineering.Longmans,Green,and Co.,London.2Shen,M.-H.H.(1999)Reliability assessment of high cycle fatigue design of gas turbine blades using the probabilisticGoodman diagram.Int.J.Fatigue21,699–708.3Wang,S.,Dixon,M.W.,Huey,C.O.and Chen,S.(2000) The clemson limit stress diagram for ductile parts subjectedto positive mean fatigue loading.ASME J.Mech.Des.122,143–146.4Sutherland,H.J.and Mandell,J.F.(2004)Effect of mean stress on the damage of wind turbine blades.ASME J.Sol.Energy Eng.126,1041–1049.5Park,S.J.,Kim,K.S.and Kim,H.S.(2007)Ratcheting behaviour and mean stress considerations in uniaxiallow-cycle fatigue of Inconel718at649◦C.Fatigue Fract.Engng.Mater.Struct.30,1076–1083.6Hong,S.H.,Lee,D.W.,Cho,S.S.and Joo,W.S.(2005)A study on the failure analysis of turbine blade under fatigueload using X-ray n Pacific Conference onFracture and Strength;Advances in Fracture and Strength.Jeju,Korea,pp.1095–1101.7Lee,D.W.,Cho,S.S.,Hong,S.H.and Joo,W.S.(2008) Failure analysis of turbine blade in atomic power plant.J.Mech.Sci.Technol.22,864–870.8Mandell,J.F.,Samborsky,D.D.,Wang,L.and Wahl,N.K.(2003)New fatigue data for wind turbine blade materials.ASME J.Sol.Energy Eng.125,506–514.9Sutherland,H.J.and Mandell,J.F.(2005)Optimized constant-life diagram for the analysis of fiber glass composites used in wind turbine blades.ASME J.Sol.Energy Eng.127,563–569.10ASTM Standard E8M-94a.(1994)Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials.ASTM Standards Section3.3,pp.81–100.11ASTM E399-90.(1994)Standard Test Method for Plane-Strain Fracture Toughness of Metallic Materials.Annual Book ofASTM Standards.03.10,pp.407–437.12Peterson,R.E.(1953)Stress Concentration Design Fracture.John Willey&Sons,Canonsburg,PA,USA,p.44.13Ahmed,R.and Hadfield,M.(1999)Failure modes of plasma sprayed WC-15%Co coated rolling elements.Wear230,39–55.c 2010Blackwell Publishing Ltd.Fatigue Fract Engng Mater Struct33,358–364364S.-H.BAEK et al.14ANSYS Release8.0.(2003)ANSYS User’s and Theory Manual.ANSYS,Inc.New York,USA.15Baek,S.H.,Cho,S.S.,Kim,H.S.and Joo,W.S.(2006) Trade-off analysis in multi-objective optimization usingChebyshev orthogonal polynomials.J.Mech.Sci.Technol.20, 366–375.16Lee,D.W.,Cho,S.S.and Joo,W.S.(2008)Safety evaluation of table liner for vertical roller mill by modifiedfatigue limit.Eng.Fail.Anal.15,989–999.17Norton,R.L.(1999)Machine Design:An Integrated Approach.Prentice Hall,New Jersey,USA.18Kluger,K andŁagoda,T.(2004)Application of the Dang-Van criterion for life determination under uniaxialrandom tension–compression with different mean values.Fatigue Fract.Eng.Mater.Struct.27,505–512.19Grover,H.J.,Gordon,S.A.and Jackson,L.R.(1954)Fatigue of Metals and ernment Printing OfficeWashington,D.C.c 2010Blackwell Publishing Ltd.Fatigue Fract Engng Mater Struct33,358–364。