中厚煤層采煤機牽引部設(shè)計【牽引部的整體設(shè)計以及行走箱】

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陶瓷在純扭（模式III）的斷裂是有特別科學價值和現(xiàn)實意義的重要話題.彼得羅維奇和同事[1-4]在房間溫度條件下進行了陶瓷材料在純破碎，張緊，純扭和拉扭的全面研究.他們發(fā)現(xiàn)，熱壓的四氮化三硅在模式III的斷裂韌性值為百分之50，比模式I更大.彼得羅維奇的實驗中，斷裂韌性值測定管和圓周缺口棒不含有疲勞的預裂紋.扭轉(zhuǎn)破碎結(jié)果顯示[2，4]（非共面）裂紋增長相差約45度的平面缺口.這表明所觀察到的裂紋路徑是個失敗的拉伸模式（本地）的表現(xiàn).陳和利奧波德也試圖測量在模式III下使用撕裂裂紋板樣品鈉鈣玻璃的斷裂韌性值.他們發(fā)現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)的段斷裂韌性約為張緊的3.5倍.然而，因為涉及撕裂裂紋玻璃板的困難，他們在實驗中測試純扭破碎的有效性和可能性已遭到質(zhì)疑.就筆者所知，迄今為止，還沒有在陶瓷材料的扭轉(zhuǎn)失敗中，其中含有標本（自然傳播）疲勞裂紋（類似于廣泛實行的斷裂韌性的程序）的研究. 最近，蘇雷什和同事[6-8]表示在循環(huán)壓縮中缺口脆性固體板或棒（如陶瓷和陶瓷復合材料）導致的傳播穩(wěn)定的疲勞裂紋.從這種缺陷的產(chǎn)生，再沿缺口尖端遞減傳播，沿缺口在一個方向的平面和正常的壓縮軸，對于特定情況下的微裂紋介質(zhì)，尤爾特和蘇雷什[6，8]的實驗數(shù)值，布朗科斯和蘇雷什揭示這種相現(xiàn)象促進殘余應(yīng)力在缺口尖端誘導應(yīng)力時當缺口尖端損害內(nèi)裂紋在壓縮應(yīng)力狀態(tài)下的卸載.一般情況下，殘余拉伸應(yīng)力誘導尖端附近區(qū)域缺口板的非彈性變形的結(jié)果受遠場的循環(huán)壓縮.它的程度可以方便的通過從缺口尖端裂紋增長操控控制的壓應(yīng)力范圍和平均應(yīng)力以及缺口的幾何形狀.作為一個逐步影響下發(fā)生裂紋生長在遠場的循環(huán)壓縮，在殘余拉應(yīng)力場中斷裂現(xiàn)象減少，這是穩(wěn)定和非災難性，即使在是脆性固體.在陶瓷材料的尖銳疲勞缺陷斷裂韌性實驗中，循環(huán)壓縮前開裂提供了一個引進的新型能力. 圖1試樣的幾何結(jié)構(gòu)示意圖 在本文中，我們檢查了在室溫中模式III加載條件下鋁氧化物的多晶體斷裂特征.使用早起的開發(fā)技術(shù)，99.8%的純氧化鋁圓周缺口棒預先破獲循環(huán)壓縮產(chǎn)生統(tǒng)一的疲勞裂紋[6,8].在此之后，標本的準靜態(tài)斷裂扭轉(zhuǎn)，我們研究了從裂紋形態(tài)逐漸改變到破碎突變的失敗.扭破裂的機制對比拉伸載荷條件下觀察到的行為.第三模式在陶瓷的失敗機制相對于金屬材料扭破碎也比較熟悉. 2材料和程序 調(diào)查材料是99.8%的純鋁可以從庫爾斯瓷業(yè)有限公司（科羅拉多州）買到的等級為998從氧化物.這種材料中主要雜質(zhì)包括二氧化硅，氧化鎂，鈣，鈉和鐵.這種材料的平均晶粒尺寸是約3/微米，粒度范圍是1至14/微米.在房間溫度下的材料特性;彈性模量=345GPa，抗彎強度=331MPa（不受約束），壓縮強度=2071MPa和比重=3.9在純破碎的實驗室進行測試，環(huán)境溫度23度，相對濕度40%，圓周缺口式樣樣本(示意圖見圖一)加工尺寸如下；do=19ram，DI=9毫米，L=5毫米，T=1.8ram，O=60度，Q=0.127毫米.介紹了金剛石砂輪的使用缺口，標本預裂下完全壓縮在一個恒定的單軸循環(huán)載荷，在一個封閉的頻率15赫茲（波形正弦）環(huán)電液壓伺服機.標本被置于兩平行面（對齊檢查，以避免彎曲或屈曲）被裝在一個完全壓縮載荷范圍約50到785MPa，約50000至150000疲勞周期的壓縮加載條件，這樣設(shè)計的最大長度（同心）疲勞裂紋的比約80米，以減少裂紋面的效果摩擦壁板上KMO實測值（見后面的章節(jié)討論） 圖2 呈現(xiàn)出疲勞裂紋沿周口的缺口的照片 圖3 電掃描顯微鏡掃描AD 998氧化鋁扭轉(zhuǎn)斷裂表面的失敗.有關(guān)詳細信息,請參考文本 圖2顯示了一個例子，圓周疲勞裂紋起源沿缺口根部均勻預裂，據(jù)介紹，被安置在管標本（其內(nèi)經(jīng)為直徑相同圓柱形陶瓷棒）與縱向通過厚度槽和陷入緊縮有縫套管.他專門設(shè)計了通過了萬向節(jié)連結(jié)到火車負載的液壓伺服機，事先錄到突發(fā)性故障的發(fā)生的關(guān)鍵，裂應(yīng)力強度因子在模式三的扭矩計算值，使用表達式 KⅢ=6Tπdi3πdi21-d121+0.5d+0.375d2+0.3125d3+0.273d4+0.208d5 Where d=didoand T is the torque 3結(jié)果和討論 模式III中，Kiic多晶硅的氧化物裂韌性為7.63MPam1/2，推導出幾個重復試驗的最大偏差是0.2MPam1/2.圖三顯示電子顯微掃描圓周缺口氧化鋁棒從表面產(chǎn)生破裂的扭轉(zhuǎn)失敗.一個重要的特征是微觀的穿晶斷裂表面誘導裂紋的摩擦滑動面臨扭轉(zhuǎn)（圖3b）.雖然主要的故障模式是扭轉(zhuǎn)晶扁平化分離，由于斷口產(chǎn)生的嚴重的粗糙摩擦導致斷口穿晶失敗.圖4a是一個低倍率光學顯微鏡的粗糙裂隙表面，圓周缺口和疲勞預裂氧化鋁棒.這數(shù)字揭示了一個非常曲折和粗糙的破碎是由于法菲爾德突發(fā)性的失敗.扭轉(zhuǎn)失敗的機制，從純粹的張力下觀察，顯示不同（模式I），一個圓周缺口，同樣疲勞裂紋的陶瓷棒具有一個破碎平面（圖4b）. 圖5表示在一個堅實的圓柱桿扭轉(zhuǎn)加載的應(yīng)力狀態(tài).最大拉應(yīng)力是a是45度的軸.事先工作圓周缺口的陶瓷棒顯示下遠場扭轉(zhuǎn)發(fā)生裂紋在45度左右的缺口平面[2，這意味著當?shù)氐墓收夏Ｊ绞羌兇獾睦煨再|(zhì)，因此測得的臨界應(yīng)力強度因子在遠場扭轉(zhuǎn)不得代表Kiiic.在本實驗中，觀察到明顯的混合模式失敗. 微觀尺度,宏觀上，然而，失敗發(fā)生在均勻平面缺口，這是這項研究的一些突出特點. 圖4 （一）（二）觀察純張力下純扭斷模式的比較 圖5 裝入了堅實的圓柱桿的盈利扭轉(zhuǎn)狀態(tài) （i）本技術(shù)提供了一種新的能力測量含疲勞裂紋的陶瓷標本的扭轉(zhuǎn)斷裂韌性（類似的使用以及建立技術(shù)韌性金屬的情況下）.循環(huán)壓縮應(yīng)力缺口陶瓷標本中的應(yīng)用導致一個尖銳的疲勞裂紋.由于疲勞裂紋的向下傳播的影響，降低“推動力“，在循環(huán)預開裂壓縮提供了一個穩(wěn)定的，非突變性的缺缺陷，即使在溫室脆性的陶瓷. （ii）由Tschegg和同事[11,12]的金屬材料扭破裂的研究結(jié)果表明，在測量扭轉(zhuǎn)斷裂韌性時Kiiic破裂的表面性質(zhì)和裂紋的總長度（包括疲勞裂紋長度和任何裂紋擴展在準靜態(tài)扭轉(zhuǎn)）.特別的，在確定明顯的扭轉(zhuǎn)斷裂韌性時，鎖定赤和裂紋之間的摩擦面起著決定性的作用.在疲勞（預裂），以及隨之而來的斷口粗糙度裂紋可以導致非保守Kiiic，隨著裂紋尖端預開裂在最小封閉的循環(huán)壓縮，導致尖銳的疲勞裂紋，隨后張力/扭轉(zhuǎn)破裂.在實驗中，金屬和陶瓷材料表明，因為遠場下的扁平化的粗糙壓應(yīng)力[8,13]，裂紋增長在循環(huán)壓縮的促進下更加順暢的斷裂（相比，循環(huán)張力） （iii）小方面來說，同心疲勞裂紋（小于在這項工作中引入約80米長）企圖以減少裂紋影響Kiiic的實測值.然而，預裂過程中使預裂通過適當?shù)倪h場循環(huán)壓應(yīng)力的大小比，壓力振幅和缺口的幾何形狀控制不同的裂紋增長值. （iv）由于產(chǎn)生疲勞裂紋，從缺口在逐步減少尖端進展力，最大程度損壞留在尖端，疲勞裂紋傳播（直到自我約束）在遠場循環(huán)壓縮一般都不大，但足以影響后續(xù)破裂的張力/扭轉(zhuǎn)[9,13] 圖6 晶間分離多晶氧化鋁在室溫下單軸壓縮破裂（地區(qū)標有”疲勞破解“）和準靜態(tài)張力 圖7 斷裂面周圍缺口，疲勞預裂4340鋼園棒（在600度回火）扭轉(zhuǎn)破裂 陶瓷材料在一個表現(xiàn)出一個被稱為失敗晶的模式下，單調(diào)張力/彎曲，單調(diào)壓縮或循環(huán)再溫室下的壓縮負載條件[8,14].圖6顯示的一個模式的故障例子，在純拉伸溫度下，AD998多晶氧化鋁在循環(huán)壓縮的打擊下斷裂.在這兩種壓縮和準靜態(tài)張力下，斷裂模式主要是晶粒間的斷裂.另一方面在溫室下的多晶氧化鋁破裂涉及相當數(shù)量的表面穿分離（圖3.c）.斷口（在裂紋尖端后）之間的嚴重磨損導致平坦的斷口.此外，三氧化二鋁在溫室的扭轉(zhuǎn)破裂行為類似金屬材料[15-17].圖7顯示一個4340鋼圓棒（600度回火）純破裂扭轉(zhuǎn)的周缺口和斷裂面疲勞裂紋的外觀.在這里穿分離，其次是其次是混合模式III破裂啟動“工廠屋頂式”的領(lǐng)導模式失敗的表面形貌.由于萬向節(jié)無法支持大扭轉(zhuǎn)位移，局部混合模式的突發(fā)性促進金屬盒陶瓷的斷裂.彎矩在推出后，標本在準靜態(tài)扭轉(zhuǎn)下穩(wěn)定裂紋增長. 扭轉(zhuǎn)斷裂過程中裂紋面之間的嚴重磨損，受一個獨特的韌性值得限制.由于明顯扭轉(zhuǎn)斷裂韌性強烈影響斷裂表面的粗糙度和疲勞裂紋長度（裂紋增長，以及在模式III的破裂），阻力曲線行為（R曲線，即增加遠場動力將觀察到裂紋長度）.在我們的實驗過程中，R曲線是不可行的衡量，因為彎曲的誘因和混合模式的失敗后，少量裂紋在純模式III下穩(wěn)定增長.R曲線的測量優(yōu)點是不同長度的疲勞預裂的性質(zhì)，將提供斷裂表面和模式III對斷裂韌性影響的信息.在此背景下，有趣的是，近期工作需要注意電阻模式III條件下鋼材內(nèi)在破裂.特哥在模式III和沒有疊加靜態(tài)的模式下，加載各種初始裂紋長度值以測量疲勞裂紋增長率.他的研究結(jié)果表明，在模式III中的阻力時的一種內(nèi)在的破裂，可估計各種裂紋長度和裂紋增長率并且推導零裂紋長度.最近特哥和蘇蕾什獲得一種模式III下斷裂韌性為4340鋼的方法. 在金屬材料中，曾嘗試估計模式III下的斷裂韌性，這是獨立裂紋的大小和形狀，最大限度地減少裂紋疊加的緊張表面接觸.然而，這種做法不會出現(xiàn)在張緊的裂紋張開位移（甚至Ki~Kic），通常是陶瓷斷裂面的粗糙度扭轉(zhuǎn). 4結(jié)論 已開發(fā)一種新的程序，據(jù)此可測量含有同心疲勞裂紋圓周缺口陶瓷棒在模式III的斷裂韌性值.對于AD998的多晶氧化鋁在模式III的韌性值為7.63MPam1/2，這是純模式I下的2.5倍.在很短距離下觀察準靜態(tài)扭轉(zhuǎn)的初始階段是穿晶斷裂的證據(jù)，這是突發(fā)性混合模式的失敗.觀察到多晶硅陶瓷在各階段準靜態(tài)扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)類似金屬材料的行為. 致謝 這項工作得到了國家科學基金會NSF-ENG-8451092的資助，感謝布朗大學材料研究實驗室在力學性能測試上的承認. 1