螺杆泵橡胶定子的裂纹与疲劳寿命的关系

丁腈橡胶定子在不同工况条件下裂纹扩展机理，并进行了力学分析和 ANSYS 有限元仿真分析，发现了不同预制裂纹角度下丁腈橡胶的裂纹扩展规律，最后对螺杆泵定子进行裂纹分析和疲劳寿命预测，得出如下研究成果和结论。

1、对不同预制裂纹角度橡胶拉伸试样进行有限元分析发现，在拉伸过程中裂纹尖端形状均由初始的尖端变成圆弧状。不同预制裂纹角度丁腈橡胶试样在单轴拉伸条件下裂纹的扩展路径初始沿着自身角度进行一定距离的扩展，随后发生一定的偏转，最后扩展角度达到90°。随着初始预制裂纹角度的增加，裂纹扩展所需的时间逐渐减小。

2、随着初始预制裂纹角度的增加，裂纹尖端的等效应力值逐渐增加，在相同的摩擦载荷作用下大角度裂纹更易发生裂纹扩展。在磨损过程中，裂纹扩展路径首先沿着初始预制裂纹角度的方向扩展，到达稳定扩展阶段裂纹扩展路径发生改变，沿着水平方向到达快速扩展阶段，最后偏转一定的角度断裂失效。随着裂纹角度的增加，初始扩展阶段和稳定扩展阶段所需的时间缓慢增加，而最后断裂阶段所需的时间急剧增大。

3、结合断裂力学理论得到螺杆泵定子橡胶内表面危险单元的预测最小寿命为156天，低于螺杆泵的实际使用寿命。