多重缺口对磁滞合金棒材疲劳性能的影响

【摘要】随着科学技术的不断发展,大量新型磁性功能材料作为核心元件广泛应用于现代高科技领域。由于此类材料往往工作在电磁场环境下,不可避免的涉及到机械载荷与电磁场共同作用的问题,因此该材料能否安全稳定的工作也成为了人们关注的话题。在抗疲劳设计方面,以往的研究工作主要涉及在机械载荷作用下的疲劳分析,但对于磁性材料来说,磁场的作用会使其产生磁弹变形,从而影响机械载荷作用的应力应变,如果按传统的疲劳分析方法进行计算会产生一定的偏差,因此需要针对此特性寻求出适合该类材料的疲劳分析方法,为系统研究磁性材料的疲劳特性打下基础。本文从工程实际出发,研究含有多重缺口的磁滞合金棒材的疲劳性能。建立了在径向磁场环境下承受轴向载荷作用的V型缺口有限元模型,运用ANSYS软件进行应力应变分析,并通过磁致伸缩公式计算出在磁场环境下的磁弹变形,修正有限元分析的结果,得到实际缺口根部的最大应力应变,计算出理论应力集中系数Kt,并运用局部应力应变法计算出疲劳寿命。而后在V型缺口模型的基础上增加缺口,构成双缺口和三缺口模型,分析计算Kt与疲劳寿命。结合分析出的一系列数据结果,开展了如下的研究工作。1.均布径向磁场环境下多缺口参数对K的影响规律。在试件的V型缺口旁边增加缺口可以缓和试件原V型缺口根部的应力集中,且通过改变新增缺口的缺口参数可以进一步控制应力集中程度。试验表明：减小新增缺口与原缺口的间距d可以显著降低应力集中水平；增大新增缺口的张角a与缺口尖端半径ρ也可降低应力集中；新增缺口的深度h与原V型缺口的深度相近时,应力集中较小,特别是三缺口模型,新增缺口的深度与原缺口深度之比为0.9时,K达到最小。2.均布径向磁场环境下多缺口参数对试件疲劳寿命的影响。利用疲劳寿命估算的局部应力应变法计算出试件的疲劳寿命,建立了多缺口参数与疲劳寿命的变化关系。计算结果显示：在多缺口模型中,缺口间距对疲劳寿命lg(2N)有确切的影响,间距越小,疲劳寿命越长；缺口深度h对疲劳寿命也有一定影响；而缺口张角α和缺口尖端半径ρ的影响较小。
【作者】程远；
【导师】李有堂；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】多缺口参数；有限元分析；理论应力集中系数K_t；磁致伸缩；疲劳寿命；

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