含横向裂纹转轴的刚度实验研究

　　转轴横向裂纹的存在降低了轴段的刚度，导致固有频率降低及振动模态的改变，从而影响转子系统的动力特性。因此，建立合理的裂纹转轴模型并对模型的刚度进行研究就显得尤为重要。在理论计算中，基于Saint- venant原理的等效轴段模型和基于断裂力学理论的Dimarogonas模型是2种常见的模型[4j。Dimarogonas } s]等采用断裂力学理论来计算裂纹轴的附加柔度。Sekhar A S }6}采用有限元法对裂纹局部的轴向、剪切柔度系数进行了研究，分析了裂纹轴动态特性，利用傅立叶变换确定转轴裂纹的深度和位置。H 7iebarth}'}等对裂纹轴的扭转刚度进行了实验研究。以上成果都表明了裂纹转轴的刚度计算对于转子动力学特性的研究具有非常重要的意义，但是很少有文献对横向裂纹转轴的剪切刚度进行实验研究。

　　本文进行了3点弯曲实验，实验对象是2端简支、横向裂纹在中央位置的轴承钢转轴，根据实验要求完成了不同裂纹深度和不同跨度的裂纹轴刚度实验，每组实验对3根试件进行加载和测量，共进行r9组实验。详细分析了剪切无量纲刚度，裂纹造成转轴的刚度不对称等随裂纹深度、转轴跨度的变化规律。若，刀方向的无量纲刚度差标志着转轴刚度不对称程度，本文也对此进行了相应的分析。

　　1实验试件与实验要求

　　1.1实验试件

　　通过3点弯曲实验研究不同的裂纹深度和不同的支撑距离对裂纹转轴刚度的影响。实验获得载荷一位移数据，以完成裂纹转轴的无量纲刚度计算。实验模型是两端简支、横向裂纹在轴中央位置的含裂纹的轴承钢，轴长500 mm。如图1, l是两支撑间的距离(可调)，a是裂纹的深度，R, d分别为转轴的半径和直径，alR是裂纹深度比，dll是细长比，若向表示平行裂纹方向，刀向表示垂直裂纹方向。实验中取d/l二1/15, 1/20, 1/30, 1/40,a=1 .0 mm，2. 0 mm，2.5 mm, 3.0 mm，3. 5 mm，4 mm.4. 5 mm.5. 0 mrn,

　　1.2实验要求

　　(1)加载速率应较低，使应力强度因子的增加速率在0. 55一2. 75 MN·m一’,z范围内，且最大加载应力不得大于极限应力的1/10一1/50

　　(2)实验与理论加载点偏差不超过2 mm，两支撑间的距离偏差不超过5 mmo

　　1.3实验设备

　　设备:线切割机，划线尺，游标卡尺，材料试验机，刻度盘。

　　采用了5根相同的转轴作为实验件，实验样本数取3一5。

　　2实验

　　2.1无裂纹转轴3点弯曲实验

　　(1)用游标卡尺测量试件的直径do

　　(2)打开材料试验机，调整夹具的活动平台上的支点距离1, d/l=1/150

　　(3)升降活动平台，使上压头对准转轴正中，且上压头与转轴刚好接触，如图2 (a)所示。