高周疲劳失效分析
发动机叶片高周疲劳失效分析
090605 鲍海滨
摘要：为了降低航空发动机叶片的高循环疲劳失效。分析了导致高循环疲劳失效的原因、失效准则，以及一种研究材料多轴高周疲劳的新途径。
关键词：航空发动机叶片高循环疲劳失效
1 引言
航空发动机结构完整性和可靠性设计，对满足现代高性能航空发动机高推重比(高功质比)、高适用性、高可靠性、耐久性和低成本的要求起着至关重要的作用。采用先进的气动设计和先进结构、新材料、新工艺是现代高性能航空发动机最重要的特征，而无论是先进的气动设计，还是先进的结构、材料和工艺，都必须建立在结构完整性和可靠性的基础上。
航空发动机结构完整性和可靠性方面的不足严重地制约着在研发动机的研制目标和周期。在中国航空发动机研制过程中，科研人员最深刻的体会是，相对而言实现发动机性能指标的周期要短一些，也有一些有效的办法，而大量的结构完整性和可靠性问题特别是叶片断裂故障却显著地影响着发动机的质量和设计定型的周期。
导致叶片断裂失效的原因是多方面的[1，2]，根据不同的参考标准和参量，疲劳断裂二级失效模式如图1所示[3]
据统计，在燃气涡轮发动机中，由高循环疲劳引发的事故约占总事故的25%。因此，最大限度地降低航空发动机叶片高循环疲劳失效是最现实、亟待解决的任务。
根据频率
根据应力大小
根据温度
穿晶型疲劳断裂
沿晶型疲劳断裂
剪切型疲劳断裂
正断型疲劳断裂
晶格型
非晶格型
机械疲劳断裂
热疲劳断裂
拉—压疲劳断裂
弯曲疲劳断裂
扭转疲劳断裂
接触疲劳断裂
低温疲劳断裂
高温疲劳断裂
机械疲劳断裂
腐蚀疲劳断裂
应力疲劳断裂
应变疲劳断裂
高周疲劳断裂
低周疲劳断裂
高频疲劳断裂
低频疲劳断裂
室温疲劳断裂
图1 疲劳二级失效模式分类
2 高周疲劳失效的影响因素
2.1名义应力的影响
很早的时候就确认名义应力会引起失效。125年前Wohler[4]发现随着名义拉应力的增加引起失效的交变应力幅将随之减少。后来Gerber[5]提出抛物线关系理论，即应力幅与名义应力间存在着抛物线关系，相应于零幅值交变应力的名义应力极限等于材料的拉伸极限。Goodmen用对称交变应力和名义应力的线性关系代替抛物线关系增加了设计的安全裕度。事实上，设计中很多有疲劳极限低于此直线值，Goodmen曲线实为一种保守设计。Miller用循环应力代替但相对屈服应力对这一理论作了另一种解释。
令人惊讶的是，这些理论中的关系式没有一条被试验验证。而我们却已把这些理论广泛用于工程实际，因此使用诸如Goodmen这些保守理论并非有什么不合理。还有一种情况我们引起注意，即压应力并不减少改变许用的交变载荷。事实上，平均压应力常会增加疲劳强度，所以对于设计计算，疲劳强度考虑成与零平均应力的疲劳强度相一致。
2.2 表面光洁度
疲劳裂纹主要生产在材料的自由表面，因此表面因素的性质举足轻重。经机械加工的表面特性，我们考虑以下三种因素：
（1）不规则的表面划伤或表面粗糙度
（2）表层中有残余应力
（3）塑性变形和材料表面的微观结构
1）表面粗糙度机械加工表面的粗糙度可用轮廓度计量，一般表示为偏离中心线的平均值（CLA）现在常用Ra值表示，Ra 值的范围从0.25的研磨光洁度至7.5微米的车削光洁度。比较车削或者粗研与细研或抛光表面，对碳钢，表面粗糙度使疲劳强度降低大约10～25% ，而对高强度钢，表面租糙度的影响更加明显。
2）残余应力喷丸能够改变零件的疲劳强度已经被证实。由于它对表面光洁度影响不大，很明显喷丸的引入是增加表面残余压应力有良性作用。所以表面残余应力状态对疲劳强度有重要改善。
3）塑性变形和微观结构微观结构影响材料的疲劳特性广为人知，晶粒大小的影响更为重要。然而在大型转子的制造过程中，考察材料基体是否变异的渠道少得可怜，而结构的选择考虑常常依附于从锻造到如何加工至最后形状相联系的工艺难易程度。
2.3 尺寸、应力梯度由于设计引起的应力集中影响
尺寸影响被说成一种或多种因素，但最为人们接受的是如下观点：
1）应力梯度影响：很清楚对于有同样表面应力的转轴，直径大的则应力梯度小，一旦疲劳萌生于次表层的危险区域内，那么大型转轴刚处于非常高的名义应力水平，继而疲劳强度降低。这种解释适用于没有拉一压状况。
2）概率影响：因为疲劳萌生于表面薄弱处而强度受表面面积影响，所以面积愈大，强度愈低。不管平板试件的疲劳强度受尺寸影响的真实情况如何，人们都相信切口平板试件的疲劳强度与尺寸关系甚为密切，小试件的最高疲劳强度趋干平板无切口试件的强度。最大试件的强度趋于深切口敏感状态的强度，即疲劳强度为σ /K t ，其中σ是无切口平板的疲劳强度，Kt 为应力集中系数。
2.4 环境影响
人们在许多年前就知道环境是影响金属疲劳强度的重要因素。其影响分为两类，其一是疲劳强度的变化不受材料表面严重的腐蚀影响；其二是强度变化由腐蚀或蚀点引起。第二类
情况很难用实验定量分析，因为腐蚀贯穿于试件寿命的始终，也即许多年，而一般疲劳试验几个小时就完成了。另外，腐蚀疲劳的特性与空气中的试验不一样，它的
S —N 曲线常常是趋于连续向下，甚至在108
个循环下也是如此，即没有疲劳极限。
2.5 微动影响
众所周知，微动使得材料的疲劳强度急剧下降，例如用En 26钢 ( 0 .43 C ，2.56 Ni ，0.62 Cr ，0.54 Mo )，热处理至强度极限为1043MPa ，发现其微动疲劳强度降至±32MPa ，即仅为拉伸极限的3.1 % ，或者说无微动棒的疲劳强度的 1/17 。比较公允的事实是相对滑移幅在8～14x10-8 毫米的范围内时，疲劳强度下降最低。 3 高周疲劳失效准则
1）Gough 准则的Lee 修正式[5]
(/)(/)A A a a R b S t + (1) 其中A=2（1+BsinU ），Ra ，Sa 分别为分别为弯曲正应力幅和扭转应力幅， b 是指定寿命N 下的弯曲疲劳极限，t 是指定寿命N 下的剪切疲劳极限，U 为非比例加载时弯曲和扭转的相位差，B 为材料常数。该准则在比例加载与非比例加载下均适用，比例加载条件下，Lee 修正式即Gough 准则。
2）Crossland 准则[6]
,,()H m H a K R R + (2)
其中2121212,3(/1/,a K t f K t J =-=为应力偏量第二不变的幅值，,,H m H a R R ，分别为第一应力不变量的幅值和均值，2121t f ，分别为材料在对称扭转和弯曲时的疲劳强度。
该准则适用于2121/f t 的金属材料。
3）Mcdiarmid 准则[7]
(B)n max /t +/(2)a A f S R R ， （3）
式中Sa ，n max R ，为临界面上的剪切应力幅和最大正应力，(B)t A 分别为出现拉伸(剪切)破坏时的剪切疲劳强度f R 为材料在拉伸时的疲劳强度。通过对EN24T 钢的管状试件进行弯扭实验表明，该准则在比例和非比例两种情况下都适用。
4） Papadopoulos 准则[8]
a max ,,H m H a A
+（T ）（R +R ） （4）
其中21max 21a a 21
t ()3t f a T A C R S ?===??，，，分别为弯曲正应力幅和扭转应力幅，,,H m H a R ，R 分别为第一应力不变量的幅值和均值，2121t f ，分别为材料在对称扭转和弯曲的疲劳强度。
该准则适用于2121/f t 的金属材料。
5） Susmel 准则[9]
*
*n max 21a 21*a 2R R S S S ??+-????， （5） 式中*a S 为最大剪应力平面上的剪切应力幅，*n max R ，为临界面上的最大正应力，21S 为扭转疲劳极限21R ，为拉伸疲劳极限。
该准则在比例加载与非比例加载下均适用。
6） Liu 准则
[10]
（6）
其中22121k 9/4[3(/f )]t =-， ac R ，ac S ，I 分别为临界面上的正应力幅、 剪应力幅、 静
水应力幅。21t ，21f 分别为材料在对称扭转和弯曲的疲劳强度。
该准则适用于2121/f t 的金属材料。
4 研究高周疲劳的方法
目前，确定叶片的疲劳寿命，从应力疲劳的角度讲[11]，主要借助于应力一寿命的幂函数关 系或指数函数关系，从应变疲劳的角度讲，主要通过反映应变一寿命的Manson —coffi n 公式。利用这些应力一寿命或应变一寿命关系，首先要确定叶片上的最大振动应力或最大振动应变[8]
，通常采用粘贴在叶片上的电阻应变片来确定叶片上的最大振动应力或最大振动应变。测量过程中， 要求贴片位于叶片最大振动应力部位，要做到这一点，事实上是十分困难的，因为，叶片振动时最大应力部位与所出现的叶片振型有关，与叶片所受的其它负荷引起的应力有关，同时旋转下的叶片合成应力，使得最大应力区有所改变，所以，测量结果
很难准确地反映最大振动应力或最大振动应变。如欲提高测试精度，只好在最大应力区多贴几片，逐点测量，观测其中最大值，显然这样做工作量太大。另外，叶片振动过程中，其上应力一应变处于弹性、三轴状态，在这种情况下，前述应力一寿命或应变一寿命关系的适用性及精确性值得怀疑，为解决这些困难，提出了
齿轮疲劳点蚀的特征及案例分析
齿轮疲劳点蚀的特征及相应案例分析 1 疲劳点蚀的定义及特征 点蚀又称接触疲劳磨损，是润滑良好的闭式传动的常见失效形式之一。齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象，齿轮传动中称为点蚀。节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。 点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀。收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。扩展性点蚀指随着工作时间的延长而继续扩展的点蚀现象，常在软齿面轮齿经跑合后，接触应力高于接触疲劳极限时发生。硬齿面齿轮由于材料的脆性，凹坑边缘不易被碾平，而是继续碎裂成为大凹坑，所以只发生扩展性点蚀。严重的扩展性点蚀能使齿轮在很短的时间内报废[1]。 2 疲劳点蚀的实例 某重型车辆侧减速器主动齿轮发生了早期失效，失效齿轮与行星转向机相连，将全车动力传递到行动部分，是全车受载最大的齿轮，始终在大载荷、高转速、多冲击的复杂苛刻环境下工作。齿设计上采用整编为齿轮，传动比为5.9，润滑方式为油池飞溅润滑。实效齿轮材料为18Cr2Ni4W A钢。采用渗碳+淬火+低温回火热处理工艺。 失效齿轮发生严重的接触疲劳失效，使用寿命未达到规定时间。采用断口分析、金相分析、硬度测试及有限元接触应力分析等方法对齿轮进行失效分析，查找该齿轮实效的原因（由于篇幅有限以及结合自身知识面，仅列举出端口分析和金相分析两项结果）。 2.1 断口分析 通过对失效齿轮宏观观察发现．在啮合受力齿面的节线附近靠近齿根一侧，沿齿宽方向分布许多
疲劳断裂行为High
超高频强度钢的疲劳断裂行为 J. Mater. Sci. Technol., Vol.24 No.5, 2008 1) 国家重点实验室的先进加工钢材和产品，北京100081,中国 2) 国家工程研究中心，北京100081钢铁技术先进，中国 3) ,燕山大学，秦皇岛，中国 ⑷对金属的中国社会，北京100711,中国 疲劳断裂行为的超高强度钢与不同熔化过程，研究了夹杂物尺寸不同通过用在旋转弯曲疲劳机上多达107循环加载。观察骨折面发射扫描电子显微镜(FESEM。当它被发现时已经尺寸的夹杂物对疲劳行为未清除。对钢在AISI 4340夹杂物尺寸小于5.5微米，所有的疲劳裂纹除的确做到了包含但不引发的地表和传统从标本的s - n曲线的存在。对65Si2MnW在100和Aermet钢平均12.2和14.9米，疲劳裂纹在较低的夹杂物引发的s - n曲线应力幅值和逐步进行观测。弯曲疲劳 强度的s - n曲线显示一个不断下降和疲劳失效的大型氧化物夹杂源于对60Si2CrVA 钢平均夹杂物的尺寸44.4米。在案件的内部骨折在周期超越约1X 106 65Si2MnWI?60Si2CrVA钢、夹杂物sh-eye经常发现里面和颗粒状明亮的方面(GBF)进行了观察附近约夹杂。GB尺寸的增加这个循环数的增加对失败的长寿命的政权。结构应力强度因子的价值范围内裂纹萌生施工现场对GBI与Nf几乎不变， 几乎是相等的表面夹杂物和内部包含在周期低于约1X 106。既不sh-eye GBF也 没有观察到100 Aermet钢在目前的研究中。 关键词:High-cycle超高强度钢疲劳，夹杂物s - n曲线，鱼眼骨折 1、介绍 High-cycle疲劳(HCF)失败是普通的实用的建筑工程项目的土石方作业。因此，广泛的研究已进行多年了令人满意的理解和解决方案尚未达成。众所周知，有一个很好的旋转弯曲疲劳强度之间的关系，如光滑的标本和抗拉强度、维氏 硬度、高压、或低或中等强度。对于低或中等强度钢如下 (T w 心 0.5Rm (T w 心 1.6HV (1) 在这种情况下，从疲劳裂纹倾向于表面，因此被称为表面的结构。然而,在较高 的拉伸强度范围或维氏硬度、线性相关性没发生，有了更多的散射或甚至星体疲劳强度值。疲劳断裂的起源的高强度钢的表面并不总是，但经常还有一定距离尤其是forhigh-cycle 疲劳，因此被称为内部断裂。断裂表面经常展现一个小光滑斑裂纹起
失效案例分析
工程材料失效分析 姓名：丁静 学号：201421803012
案例一乙烯裂解炉炉管破裂原因分析某石化公司化工一厂裂解车间CBL一Ⅲ型乙烯裂解炉于1998年9月投入运行，1 999年4月检查发现一根裂解炉管发生泄漏。为查明炉管泄漏原因，对失效炉管进行了综合分析。 CBL一Ⅲ型乙烯裂解炉炉管工作温度为1050～llOO℃，材质化学成分（质量分数）为0.35~0.60%C;1.0%~2.0%Si;1.O%~1.50%Mn;33%~38%Ni;23%~28%Cr及微量Nb.Ti.Zr等。宏观观察失效炉管表面可以看出，泄漏部位炉管内、外壁均有两个孔坑，两个孔坑在内、外表面相互对应，孔坑边缘金属略有凸起，呈火山口状。仔细观察发现，在内壁两个孔坑附近表面有一约3 mm xl mm凸棱，凸棱略高于附近炉管表面（图11-1、图11-2）。
化学成分分析结果表明，失效炉管化学成分符合厂家技术要求。金相检查结果表明，失效炉管显微组织基体为奥氏体，晶界分布有骨架状碳化物，晶内和晶界分布有一定数量的颗粒状碳化物（图11-3）。 能谱分析结果表明，这些颗粒状碳化物为Nb.Zr.Ti或Cr的
碳化物。晶界分布的骨架状碳化物系以铬为主的碳化物。首先，采用扫描电镜观察了泄漏部位炉管内、外表面的放大形貌，观察发现，所有孔坑均存在白亮色块状物。通常，不导电的非金属氧化物或金属氧化物在电子束作用下因积累电荷而呈白亮色。能谱分析结果表明，白亮色块状物含有很高的稀土铈。分析认为，白亮色块状物为稀土氧化物。在泄漏部位，分别在内壁凸棱和孔坑两处，垂直于内表面制备了炉管横截面金相试样。可以看出，不论是凸棱对应部位，还是炉管内、外表面两个孔坑之间，炉管横截面均分布有宏观深灰色金属夹杂物，夹杂物在内、外表面两个孔坑之间连续贯通（图11-4）。 在扫描电镜下进一步观察、分析结果表明，两个横截面深灰色区域同样是稀土铈的氧化物（图11-5）。采用微型拉伸试样，对失效炉管进行了1100℃短时高温拉伸试验，其结果如表11-1所示。可以看出，失效炉管1100℃高温短时拉伸性能低于厂家相关技术要求。
疲劳损坏案例与分析图文稿
疲劳损坏案例与分析文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
疲劳损坏案例与分析 (一) 胡讷敏 疲劳失效（或称“疲劳损坏”）是承受交变应力构件的一种失效形式。在机器设备应用中，疲劳失效可以造成小到齿轮、轴承一类的零件损坏，大到整台设备报废，甚至可能发生同时导致其他财产以致人身损害事故发生。在机器设备向大型、精密、高速、高价值发展的今天，疲劳失效以其破坏性巨大和不容易发现、预防更具风险。在保险实务中，若非对专业有所研究，一般对机器设备的疲劳损坏只是一种通俗理解，或者说只是一种概念性的了解。而仅以通俗理解或概念性的的知识分析保险责任、处理赔付案件，其道理自然不免苍白，所以在对疲劳失效导致的设备损坏的保险责任分析上一直是难题。这里将陆续介绍几个机损险项下疲劳损坏事故处理案例，同时提出个人见解，旨在抛砖引玉，希望引起注意与讨论。 案例一：压缩机曲轴断裂案 这是一座中型化肥生产企业曾发生的事故：夜班工作时，正在运转中的氮氢压缩机主轴意外断裂，造成压缩机严重损坏，被保险人要求保险人在机器损坏险保单下予以赔偿。 因本案损失较大和专业性较强，接到报案后，保险人随即委托公估公司查勘处理。经过查勘与现场了解，本案事故受损设备是一台功率为1300kw的氮氢压缩机，在夜班工作时发生巨响，随即停机，当时看到因
巨大的震动使压缩机扭转位移、曲轴箱等部分箱体发生破裂。拆开检查看到压缩机曲轴断裂，其他零件如连杆、活塞拉杆、轴瓦、瓦座、机体、曲轴箱等一大部分零件断裂或明显变形。经过对曲轴断口检查分析，确定为疲劳断裂，进而判定该机事故发生原因和过程为，运转中的压缩机曲轴疲劳断裂后，运动的断裂件对相邻零件的撞击以及强大的惯性与震动力导致其它零部件断裂或变形损坏。 在对保险责任的分析判定上，公估人依据技术分析和对保单条款的理解，在确认事故原因是疲劳损坏的基础上，认为疲劳损坏属于机器设备运行必然引起的后果，随后根据保单关于除外责任条款中关于“机器设备运行必然引起的后果，如自然磨损、氧化、腐蚀、锈蚀、孔蚀、锅垢等物理性变化或化学反应”的约定，认为不属于保险责任，建议保险人对本案事故损失拒赔处理。最终保险人没有完全采纳公估人的意见，而是与被保险人协议赔偿。 案件处理分析： 首先可以确认公估人对事故原因的分析，即判断“疲劳损坏”是正确的。简单地说，疲劳损坏是在材料受力小于其静强度极限的情况下，由于交变应力多次重复的作用，对于轴类零件会在表面或某一应力集中的点发生初始裂纹（称“疲劳源”），由于切口作用逐渐发展、扩大，则未断裂的实体连接部分承受的应力随之逐渐增加，直至超过其静强度极限后断裂。从曲轴断口的照片可以看到，A点位置是疲劳初期裂纹即疲劳源，自此裂纹逐渐向外发展；B区域可见裂纹以疲劳源为中心，波纹状向外发展；C区断面粗糙，是最后一次性断裂的表面。（如下图所示）
疲劳强度破坏实例
疲劳强度破坏实例 疲劳破坏在局部应力最高的部位发生，某些机械，常常由于设计、制造、装配和使用中的不合理，造成零部件过早地发生疲劳断裂。 1．锻造用水压机，特别是1600吨以下的三梁（上横梁、活动横梁及下横梁）四柱式结构的小型水压机（图1.1），由于上、下横梁与立柱形成的框架的刚度小，在锻造过程中摇晃厉害，这样，常在立柱下端应力集中处发生疲劳破坏。图1.2为1250吨锻造水压机的立柱，材料为45钢经正火处理，立柱两端的锥台分别与上、下横梁联接，立柱有内孔，通高压液体。该水压机投产后不到两年，有一根立柱疲劳断裂，焊修后继续使用。另一根立柱因超载运行断裂，更换一旧立柱。再过一年大修时，将两根立柱都换上40Cr的新立柱，三年后，一根立柱又产生疲劳裂纹（图1.2所示）。还有一台1600吨水压机投产后一年半，一根立柱在下横梁上螺母上部退刀槽处发生疲劳断裂（图1.3）。从上面的例子可以看出，水压机立柱的疲劳断裂，大都发生在下横梁上螺母（或锥台）与立柱光滑区的过渡圆角处，该处的应力集中最大。 水压机横梁的疲劳破坏，可以分为两种情况：下横梁及活动横梁的疲劳破坏，都发生在梁的中央部位。因为这种横梁各截面的面积近似相等，中央截面上的弯矩最大。例如，一台1250吨水压机投产后十年，在下横梁中央部位产生疲劳裂纹。另一台1000吨水压机投产一年后，于活动横梁中央产生疲劳裂纹，修焊后使用了两年又开裂。对于梯形的上横梁，最高的局部应力不在中央截面上，而在上横梁与柱套交界的圆弧处。因此，疲劳破坏在交界圆弧处发生。
2．轧机闭式机架用于初轧机、钢坯轧机及板轧机等。对于以强度为主要要求的轧机机架，其破坏形式是弯曲疲劳破坏。疲劳裂纹源常发生在压下螺母孔的过渡圆弧r处（图1.4中的1处），该处的峰值应力最高。但有些轧机（如1200薄板迭轧机）工作十年后，发现在上横梁与立柱过渡圆角处有30mm长的裂纹（图1.4中的2处）。 3．运锭车用于将罩式加热炉中的大钢锭运到初轧机前的受料辊道上，它经受冲击，热锭温度的周期变化与运送中车辆的振动。在一次操作后，发现机架的圆角处有300mm长的裂纹（图1.5），可看出发现裂纹时，裂纹已经历了一段扩展时期。后来，在裂纹尖端钻Φ16mm的止裂孔，从此裂纹没有发展，设备一直在使用中。
Ncode案例
虚拟疲劳分析软件DesignLife应用案例 传统的汽车整车和零部件开发通常都通过产品在试验室中的台架耐久性试验，或试车场道路试验，以验证产品是否满足其设计目标，这一过程周期很长，成本很高，发现问题较晚。在当今的产品开发中，汽车企业越来越多地应用虚拟模拟分析技术，在实物样机出来之前就对其进行疲劳耐久性预测，在设计的早期消除不合格的设计，并通过设计比较，挑选出好的设计。实践证明，进行虚拟寿命分析，能大大加快产品的开发，减少试验的工作量，节省成本。 新一代CAE疲劳分析软件ICE-flow DesignLife是nCode公司的旗舰产品之一。它不仅继承了已经在工程上得到广泛应用的FE-Fatigue的功能特点，而且在软件的使用方便性方面也有了极大的改进。本文首先介绍虚拟寿命分析的一般步骤，然后将重点介绍在汽车零部件疲劳分析中应用DesignLife的几个案例，以帮助读者深入了解并把握虚拟疲劳分析中的一些要点和难点。 典型步骤 疲劳分析是一项较为复杂的工作，通常需要分析者对所分析的问题，以及需要从分析中获得什么样的结果有一个深刻的理解。通常所说的虚拟疲劳分析，指的是基于有限元分析结果的疲劳分析，就是将有限元分析结果，通常是应力应变结果，作为疲劳分析的一个主要输入。通过一个疲劳分析模型，计算出零部件或结构表面的疲劳寿命分布，以帮助判断设计寿命是否达到，或进行寿命优化设计。步骤如下： 1. 选择一个合适的疲劳分析模型 汽车疲劳分析中常用的分析模型有局部应力法、局部应变法、焊点疲劳分析法和焊缝疲劳分析法，另外还有较为复杂的Dang Van多轴安全因子法、振动疲劳分析和高温疲劳分析等。不同的分析方法需要不同的有限元分析结果和材料性能输入。 2. 准备有限元分析结果 一旦疲劳分析模型已经选择，那么需要什么有限元分析结果也将明确。比如，局部应力或应变法通常需要应力结果，而焊点分析法则需要焊点单元的力和力矩。有限元分析通常对每一个作用在零部件或结构中的力和力矩做单位静力线性计算，应力输出结果可以是未平均的，或已平均的节点值，或者单元值。 3. 准备载荷输入数据 使用什么载荷数据对于疲劳分析至关重要，载荷定义了汽车的使用环境，也决定了疲劳分析的结果。比如，载荷输入如果是试车场中采集的信号，那么疲劳分析结果将会是汽车在试验场中行驶的寿命，而不是在公共路面行驶的寿命。特别需要指出的是，对于汽车零部件或结构的疲劳分析，通常需要相对真实的时域载荷数据，以保证疲劳分析结果的合理性。如果无法测得实际的数据，那么多体动力学是分析载荷传递的强有力的工具。
高强度紧固件失效实例分析
高强度紧固件失效实例分析 ⅰ疲劳断裂的实例 一．疲劳断裂的特征 1．疲劳与断裂的概念： 疲劳是机械零件常见的失效形式，据统计资料分析，在不同类型的零件失效中，有50%—80%是属于疲劳失效。疲劳断裂在破坏前，零件往往不会产生明显的变形和预先的征兆，但破坏却往往是致命的，会酿成重大事故。疲劳损坏产生及发展有其特点，最终形成为疲劳断裂。 疲劳问题的探索，最早是在1839年，法国人彭赛列提出材料和结构件的疲劳概念，德国人A·沃勒在1855年研究了代表疲劳性能的应力应变与震动次数的理论（S—N曲线），并且提出了疲劳极限的概念，因此，沃勒被称为材料疲劳理论的奠基人。 疲劳与断裂的力学理论经过一百多年的发展，各行业具体疲劳断裂事例不断涌现，经过科学家及工程师不间断地研究和探索，目前，疲劳断裂科学理论不断地充实和发展，从而在本质上了解了疲劳破坏的机理。 疲劳概念的论述：金属材料在应力或应变的反复作用下发生的性能变化称为疲劳； 疲劳断裂：材料承受交变循环应力或应变时，引起的局部结构变化和内部缺陷的不断地发展，使材料的力学性能下降，最终导致产品或材料的完全断裂，这个过程称为疲劳断裂。也可简称为金属的疲劳。引起疲劳断裂的应力一般很低，疲劳断裂的发生，往往具有突发性、高度局部性及对各种缺陷的敏感性等特点。 2．疲劳的分类： （1）高周疲劳与低周疲劳 10的疲劳，如果作用在零件或构件的应力水平较低，破坏的循环次数高于5 称为高周疲劳，弹簧、传动轴、紧固件等类产品一般以高周疲劳见多。 10的疲作用在零件构件的应力水平较高，破坏的循环次数较低，一般低于4
劳，称为低周疲劳。例如压力容器，汽轮机零件的疲劳损坏属于低周疲劳。 （2）应力和应变来分： 应变疲劳——高应力，循环次数较低，称为低周疲劳； 应力疲劳——低应力，循环次数较高，称为高周疲劳。 复合疲劳，但在实际中，往往很难区分应力与应变类型，一般情况下二种类 型兼而有之，这样称为复合疲劳。 （3）按照载荷类型 弯曲疲劳 扭转疲劳 拉拉疲劳与拉压疲劳 接触疲劳 振动疲劳 随着断裂力学的不断发展，行业内广大的技术人员逐渐认识疲劳裂纹的产生 及其发展的规律，为控制和减少疲劳引起损害奠定了基础。 3．疲劳断裂的特征： 宏观：裂纹源—→扩展区—→瞬断区。 裂纹源：表面有凹槽、缺陷，或者应力集中的区域是产生裂纹源的前提条件。 疲劳扩展区：断面较平坦，疲劳扩展与应力方向相垂直，产生明显疲劳弧线，又 称为海滩纹或贝纹线。 瞬断区：是疲劳裂纹迅速扩展到瞬间断裂的区域，断口有金属滑移痕迹，有些产 品瞬断区有放射性条纹并具有剪切唇区。 微观：疲劳断裂典型的特征是出现疲劳辉纹。 一些微观试样中还会出现解理与准解理现象（晶体学上的名称，在微观显 象上出现的小平面），以及韧窝等微观区域特征。 4．疲劳断裂的特征： （1）断裂时没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的预兆，往往是突然性 的产生，使机械零件产生的破坏或断裂的现象，危害十分严重。 （2）引起疲劳断裂的应力很低，往往低于静载时屈服强度的应力负荷。 （3 ）疲劳破坏后，一般能够在断口处能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后这前三种疲劳，往往二种或二种以上交错进行或出现。 前三种类型一般在机械运动中经常出现，是疲劳损坏的主要形式。
弹簧失效的原因分析
弹簧失效的原因分析 弹簧失效的原因分析 一、佛山弹簧分解弹簧永久变形及其影响因素 弹簧的永久变形是弹簧失效的主要原因之一 弹簧的永久变形，会使弹簧的变形或负荷超出公差范围，而影响机器设备的正常工作。 检查弹簧永久变形的方法 1.快速高温强压处理检查弹簧永久变形：是把弹簧压缩到一定高度或全部并紧，然后放在开水中或温箱保持10～60分钟，再拿出来卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。 2.长时间的室温强压处理检查弹簧永久变形：是在室温下，将弹簧压缩或压并若干天，然后卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。 二、弹簧断裂及其影响因素 弹簧的断裂破坏也是弹簧的主要失效形式之一 弹簧断裂形式可分为；疲劳断裂，环境破坏（氢脆或应力腐蚀断裂）及过载断裂。 弹簧的疲劳断裂： 弹簧的疲劳断裂原因：属于设计错误，材料缺陷，制造不当及工作环境恶劣等因素。 疲劳裂纹往往起源于弹簧的高应力区，如拉伸弹簧的钩环、压缩弹簧的内表面、压缩弹簧（两端面加工的压缩弹簧）的两端面。 受力状态对疲劳寿命的影响 （a）恒定载荷状态下工作的弹簧比恒定位移条件下工作的弹簧，其疲劳寿命短得多。 （b）受单向载荷的弹簧比受双向载荷的弹簧的疲劳寿命要长得多。 （c）载荷振幅较大的弹簧比载荷振幅较少的弹簧的疲劳寿命要短得多。 腐蚀疲劳和摩擦疲劳 腐蚀疲劳：在腐蚀条件下，弹簧材料的疲劳强度显著降低，弹簧的疲劳寿命也大大缩短。 摩擦疲劳：由于摩擦磨损产生细微的裂纹而导致破坏的现象叫摩擦疲劳。 弹簧过载断裂 弹簧的外加载荷超过弹簧危险截面所有承受的极限应力时，弹簧将发生断裂，这种断裂称为过载断裂。 过载断裂的形式 (a)强裂弯曲引起的断裂; (b)冲击载荷引起的断裂; (c)偏心载荷引起的断裂 佛山弹簧后处理的缺陷原因及防止措施 缺陷一：脱碳 对弹簧性能影响：疲劳寿命低 缺陷产生原因：1、空气炉加热淬火未保护气2、盐浴脱氧不彻底 防止措施：1、空气炉加热淬火应通保护气或滴有机溶液保护：盐浴炉加热时，盐浴应脱氧，杂质BAO质量分数小于0.2％。2、加强对原材料表面质量检查 缺陷二：淬火后硬度不足
交通事故12个典型案例综合分析模板
违法行为与交通事故十二个典型案例综合分析道路交通事故归根结底是人、车、路、环境四个方面的因素失去平衡所造成。一般情况下，汽车驾驶人违法是造成交通事故的主要原因，据有关资料统计，道路交通事故中，由于驾驶人违法负有直接责任的约占70%，而行人和乘车人的责任只占20%。下面结合事故案例，综合分析发生交通事故的原因。 一、违反机动车驾驶人规定的违法行为． 违反机动车驾驶人规定并导致交通事故的违法行为，常见的有疲劳驾驶车辆；酒后或服用影响安全驾驶的药物驾驶车辆；驾驶与准驾车型不相符合的车辆；驾驶车辆时吸烟、接打手机、饮食、攀谈（精力不集中）或做其他有碍安全行车的动作；将车辆交给没有驾驶证的人驾驶等。 1．违法酒后驾驶 (1)酒后驾驶是造成交通事故的首要因素2008年世界卫生组织的事故调查结果显示，约50%-60％的交通事故是由于酒后驾驶造成的；有20％的交通事故是由驾驶人服用药物不当造成嗜睡引起的。 (2)酒后和醉酒后驾驶机动车发生交通事故的生理及心理因素酒的主要成分是酒精（化学名称为乙醇）。而酒精对人体各种器官都有损害，是一种原生质毒物麻醉剂。它作用于高级神经中枢，当人脑及其他神经组织内酒精浓度达到一定程度后，中枢神经活动便逐渐迟钝并延及脊髓神经，先使人的判断力发生障碍，而后四肢活动变得迟缓。具体影响如下： ①反应能力降低。驾驶人饮酒后对外界刺激反应迟缓。例如，驾驶人在没饮酒的情况下发现前方出现危情况，从视觉感知（眼看到）到采取紧急制动的反应时间约为0.7s，饮酒后反应时间则要延制至1.4-2.1s，同速下的制动距离随之延长，肇事的可能性大大增加。另据报导，驾驶人醉酒状开车，则发生事故的可能性为没有饮酒情况下开车的16倍。 ②视觉机能降低。当驾驶人血液中的酒精浓度高于50mg/100mL时，其色觉和视野等视觉机能大幅度下降；当酒精浓度为200mg/l00mL时，颜色感觉能力降到不能正确发现和感知交通信号、标志与标线；同时由于视野范围减小，很多危险信息看不到，因而极易发生事故。 ③触觉和操作能力降低。驾驶人饮酒后由于酒精的麻醉作用，其手、脚的触觉能力降低，当血液中酒精浓度为30mg/100mL时，操作能力开始受影响，
疲劳断裂失效分析
1 5.1疲劳断裂失效的基本形式和特征 5.2疲劳断口形貌及其特征 5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 5.4疲劳断裂失效的原因与预防 第5章疲劳断裂失效分析 2?按应力循环次数 当Nf＞105时为低应力高周疲劳（通常所指） 当Nf＜10 4时为高应力低周疲劳?按服役的温度及介质条件 机械疲劳、高温疲劳、低温疲劳 冷热疲劳、腐蚀疲劳?基本形式 切断疲劳：面心立方在单向压缩、拉伸及扭转条件下多以切断形式破坏 正断疲劳：大多数的金属构件的疲劳失效都是以此形式进行的，特别是体心立方金属 3 ?疲劳断裂的突发性?疲劳断裂应力很低 ?疲劳断裂是一个损伤积累的过程?疲劳断裂对材料缺陷的敏感性?疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性 4 典型的疲劳断口一般有三个区,即疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。疲劳断口的宏观特征与静载破坏的脆性断口相似，无明显的宏观塑性变形。 5 ?疲劳核心是疲劳破坏的起点，它总是位于零件强度最低或应力最高的地方。 ?零件承受弯曲、扭转疲劳负荷时，最大应力区是在零件的表面。 ?零件表面的加工刀痕、凹槽、尖角、台肩等处由于应力集中往往成为疲劳源。 ?如果零件内部存在缺陷，如脆性夹杂物、白点、空洞、化学成分的偏析等，则可能在零件内部产生疲劳源。 1、疲劳核心(或称疲劳源) 6 ù疲劳源的数目可以不止一个，在名义应力较高或是应力集中较为严重时，在高应力区域就可能产生几个疲劳源。 ù疲劳源的位置用肉眼或低倍放大镜就能判断，一般在疲劳区中磨得最光亮的地方。 ù在断口表面同时存在几个疲劳源的情况下，可按疲劳线的密度来确定疲劳源产生的次序，疲劳线的密度越大，表示起源的时间越早。
7 疲劳断口上最重要的特征区域 该区域上常有疲劳断裂独特的宏观标志，如贝纹状、蛤壳状、海滩波纹等。 贝纹线以疲劳源为中心，向四周推进呈弧形线条，垂直于 裂纹扩展方向。 对于光滑试样，疲劳弧线的圆心一般指向疲劳源区。扩展到一定程度时，也可能出现疲劳弧线的转向现象 当试样表面有尖锐缺口时，疲劳弧线的圆心指向疲劳源区的相反方向。 在低周疲劳断口上一般也不常能观察到贝壳状条纹线。 8 $疲劳裂纹达到临界尺寸后发生的快速破断,它的特征与 静拉伸断口中快速破坏的放射区及剪切唇相同,但有时仅出现剪切唇而无放射区。$对于非常脆的材料,此区为结晶状断口，即使是塑性良好的合金钢或铝合金，疲劳断件断口附近通常也观察不到宏观的塑性变形。 9 10 6与静载拉伸断裂时不同，拉压疲劳断裂的疲劳核心多源于表面而不是内部。缺口试样由于缺口根部有应力集中故靠近表面裂纹扩展快，结果形成波浪形的疲劳弧线。高应力导致疲劳稳定扩展区较小，而最终断裂区所占比例较大。 6旋转弯曲的疲劳源区一般出现在表面，但无固定地点，疲劳源可 以为多个。疲劳源区和最后断裂区相对位置一般总是相对于轴的旋转方向而逆转一个角度。而高应力集中时，最终撕裂面移向中心，呈现棘轮花样。交变扭转载荷也出现这种花样 6双向弯曲的疲劳源区可能在零件的两侧表面，最后断裂区在截面内部。在高名义应力下，光滑的和有缺口的零件瞬断区的面积都大于扩展区，且位于中心部位，形状似腰鼓形。随着载荷和应力程度的提高，瞬断区的形状逐渐变形成为椭圆形。在低名义应力下，两个疲劳核心并非同时产生，扩展速度也不一样，所以断口上的疲劳断裂区一般不完全对称，瞬断区偏离中心位置。 11 D第一阶段为切向扩展阶段。在交变应力作用下，使滑移形成的裂纹源扩展形成可观察的裂纹，裂纹尖端将沿着与拉伸轴呈45°角方向的滑移面扩展。该阶段中裂纹扩展范围较 小，一般在2~5个晶粒之内。 D第二阶段为正向扩展阶段。裂纹从原来与拉伸轴呈45 °的滑移面，发展到与拉伸轴呈90 °，该阶段的断口具有引人注目的独特形态－疲劳辉纹。 D第三阶段是由于裂纹扩展到一定长度后，使构件的有效截面减少而造成的一次性快速断裂，断口特征常为韧窝型撕裂。 12疲劳辉纹的一般特点 （1）疲劳裂纹是一系列基本上相平行的条纹，略带弯曲呈波浪形，并与裂纹局部扩展方向相垂直，其凸弧面指向裂纹扩展方向。 （2）在疲劳裂纹稳定扩展阶段，所形成的每一条辉纹相当于一次载荷循环。辉纹确定了裂纹前沿线在前进时的位置。（3）疲劳辉纹的间距随应力场强度因子而变化，应力越大，间距越宽；反之应力越小，则间距越窄。 （4）疲劳断口的微观范围内，通常由许多大小不同、高低不一的小断块组成，每一小断块上的疲劳辉纹连续且平行，而相邻小断块上的疲劳辉纹不一定连续和平行。（5）断口的两匹配面上的辉纹基本对应。
高周疲劳失效分析
发动机叶片高周疲劳失效分析 090605 鲍海滨 摘要：为了降低航空发动机叶片的高循环疲劳失效。分析了导致高循环疲劳失效的原因、失效准则，以及一种研究材料多轴高周疲劳的新途径。 关键词：航空发动机叶片高循环疲劳失效 1 引言 航空发动机结构完整性和可靠性设计，对满足现代高性能航空发动机高推重比(高功质比)、高适用性、高可靠性、耐久性和低成本的要求起着至关重要的作用。采用先进的气动设计和先进结构、新材料、新工艺是现代高性能航空发动机最重要的特征，而无论是先进的气动设计，还是先进的结构、材料和工艺，都必须建立在结构完整性和可靠性的基础上。 航空发动机结构完整性和可靠性方面的不足严重地制约着在研发动机的研制目标和周期。在中国航空发动机研制过程中，科研人员最深刻的体会是，相对而言实现发动机性能指标的周期要短一些，也有一些有效的办法，而大量的结构完整性和可靠性问题特别是叶片断裂故障却显著地影响着发动机的质量和设计定型的周期。 导致叶片断裂失效的原因是多方面的[1，2]，根据不同的参考标准和参量，疲劳断裂二级失效模式如图1所示[3] 据统计，在燃气涡轮发动机中，由高循环疲劳引发的事故约占总事故的25%。因此，最大限度地降低航空发动机叶片高循环疲劳失效是最现实、亟待解决的任务。
根据频率 根据应力大小 根据温度 穿晶型疲劳断裂 沿晶型疲劳断裂 剪切型疲劳断裂 正断型疲劳断裂 晶格型 非晶格型 机械疲劳断裂 热疲劳断裂 拉—压疲劳断裂 弯曲疲劳断裂 扭转疲劳断裂 接触疲劳断裂 低温疲劳断裂 高温疲劳断裂 机械疲劳断裂 腐蚀疲劳断裂 应力疲劳断裂 应变疲劳断裂 高周疲劳断裂 低周疲劳断裂 高频疲劳断裂 低频疲劳断裂 室温疲劳断裂 图1 疲劳二级失效模式分类 2 高周疲劳失效的影响因素 2.1名义应力的影响 很早的时候就确认名义应力会引起失效。125年前Wohler[4]发现随着名义拉应力的增加引起失效的交变应力幅将随之减少。后来Gerber[5]提出抛物线关系理论，即应力幅与名义应力间存在着抛物线关系，相应于零幅值交变应力的名义应力极限等于材料的拉伸极限。Goodmen用对称交变应力和名义应力的线性关系代替抛物线关系增加了设计的安全裕度。事实上，设计中很多有疲劳极限低于此直线值，Goodmen曲线实为一种保守设计。Miller用循环应力代替但相对屈服应力对这一理论作了另一种解释。 令人惊讶的是，这些理论中的关系式没有一条被试验验证。而我们却已把这些理论广泛用于工程实际，因此使用诸如Goodmen这些保守理论并非有什么不合理。还有一种情况我们引起注意，即压应力并不减少改变许用的交变载荷。事实上，平均压应力常会增加疲劳强度，所以对于设计计算，疲劳强度考虑成与零平均应力的疲劳强度相一致。
齿轮失效分析实例
齿轮失效分析实例 齿轮是传递运动和动力的一种机械零件。齿轮的类型以及特点不仅可决定齿轮的运转特性，并且也决定了它是否会过早地失效。 齿轮失效的类型可划分为四种： (1)磨损失效，是指轮齿接触表面的材料损耗； (2)表面疲劳失效，是指接触表面或表面下应力超过材料疲劳极限所引起的材料失效。进一步又可分为初始点蚀、毁坏性点蚀和剥落。 (3)塑性变形失效，是指在重载荷作用下表面金属屈服所造成的表面变形。它又可进一步分为压塌和飞边变形、波纹变形和沟条变形。 (4)折断失效，是指整个轮齿或轮齿相当大的一部分发生断裂。可以进一步分为疲劳折断、磨损折断、过载折断、淬火或磨削裂纹引起的折断等。 本章主要介绍变速箱齿轮及被动齿轮的失效分析实例，供读者参考。 变速箱齿轮失效分析 1.45号钢齿坯裂纹分析 45号钢齿坯，由φ80mm圆钢落料后直接粗车成外径为φ78mm的柱体形状。其化学成分为：C：0.49％，Mn: 0.68％，Cr<0.2％。热处理工艺过程：在X—45箱式电炉中加热，到温度(820℃)装炉，装炉量109只，保温时间为一小时(工件达到温度后计算时间)，工件用盐水冷却(冷却液不循环)，水温20~30℃。回火温度为520~530℃(零件淬火后隔天回火)。经车削后，发现零件内孔平面和内孔上有较多裂纹，如图1和2所示。 图1 OPI 图象说明： 零件实物经SM-3R型渗透剂着色探伤后宏观形貌。经肉眼与放大镜观察，在齿坯内孔平面与内孔中有距离大致相等的5~6处较长的裂纹，裂纹均由内孔之平面与孔交界处为起始分别向内孔壁与平面扩展；内孔平面上和内孔交界处加工纹路明显且尖锐。
图象说明： 内孔平面试样作金相观察，有 数条裂纹交叉分布，其内充满氧化皮 夹杂。其微观裂纹长度不等，分别为 0.63mm,0.29mm,0.23mm及0.19等。 图2 OMI 200× 2．汽车变速箱齿轮失效 失效齿轮为载重汽车变速箱一挡齿轮，由渗碳钢制造，在进行台架试验时，未达到设计要求就发生断齿现象。 根据断口的形貌可断定该齿轮的断裂为高应力作用下引起的快速断裂。主动齿轮心部断口基本为韧窝，被动齿轮具有准解理断裂形貌，说明主动齿轮韧性较好，但强度较低。显微硬度证实了主动齿轮硬度较被动齿轮低。两只齿轮渗碳层中均有网状渗碳体析出，这将使表层韧性较低，致使在运转过程经受不了启动冲击应力的作用。本次断裂事故是由主动齿轮先断裂，进而引起被动齿轮崩齿，故在被动齿轮上还能看到碰伤的痕迹。因此，可以认为齿轮失效的原因为渗碳工艺控制不当（热处理不当）而引起断齿。 变速箱一挡齿轮发生断齿后的宏观实物如图3所示。主动齿轮及被动齿轮断齿后的宏观断口形貌见图4所示。 图象说明： 变速箱齿轮发生断齿后的宏观 实物形貌。 图3 OPI
ansys实例命令流-疲劳分析命令流
/FILNAME,Structure ,1 ！定义工作文件名。/TITLE, Fatigue Analysis ！定义工作文件标题。!进入前处理。 /PREP7 ET,1,PLANE82 !定义单元。 !定义材料属性。 MPTEMP,,,,,,,, !定义材料属性。MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.06e5 MPDATA,PRXY,1,,0.3 !建立几何模型。 K,1,,,, K,2,,-100,, K,3,150,-60,, K,4,150,-45,, K,5,300,-30,, K,6,300,,, FLST,2,6,3 FITEM,2,1 FITEM,2,2 FITEM,2,3 FITEM,2,4 FITEM,2,5 FITEM,2,6 A,P51X ！以上几何模型完成。 !网格划分。 FLST,5,6,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-6 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1,5, , , , , , ,1 ！网格控制完成。!网格单元分配划分完成。 MSHAPE,0,2D MSHKEY,0 CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1
CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !以上网格单元分配划分完成。 !施加约束。 FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,1 /GO DL,P51X, ,ALL, FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,6 /GO SFL,P51X,PRES,2, ！施加均布载荷。FINISH /SOL /STATUS,SOLU SOLVE !求解。 /POST1 !输入S-N曲线。 FP,1,100,200,500,1000,1500,2000 FP,7,10000,15000,30000,60000,100000,150000 FP,13,200000,250000,300000,350000,400000,450000 FP,19,480000,500000 FP,21,250,240,230,220,210,200 FP,27,195,190,170,150,130,100 FP,33, 90, 80,60,50,30,25 FP,39,18,12 !定义节点号（参数化）。 *SET,node_num,node(150,-45,0) !指定第一个应力位置。 FL,1,node_num,,,, !从数据库中提取应力值。 FSNODE,node_num,1,1, FS,node_num,1,2,1,0,0,0,0,0,0, ！存储节点应力。FE,1,100000,2,even1 ！指定事件循环次数。FTCALC,1
疲劳损坏案例与分析
疲劳损坏案例与分析 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
疲劳损坏案例与分析 (一) 胡讷敏 疲劳失效（或称“疲劳损坏”）是承受交变应力构件的一种失效形式。在机器设备应用中，疲劳失效可以造成小到齿轮、轴承一类的零件损坏，大到整台设备报废，甚至可能发生同时导致其他财产以致人身损害事故发生。在机器设备向大型、精密、高速、高价值发展的今天，疲劳失效以其破坏性巨大和不容易发现、预防更具风险。在保险实务中，若非对专业有所研究，一般对机器设备的疲劳损坏只是一种通俗理解，或者说只是一种概念性的了解。而仅以通俗理解或概念性的的知识分析保险责任、处理赔付案件，其道理自然不免苍白，所以在对疲劳失效导致的设备损坏的保险责任分析上一直是难题。这里将陆续介绍几个机损险项下疲劳损坏事故处理案例，同时提出个人见解，旨在抛砖引玉，希望引起注意与讨论。 案例一：压缩机曲轴断裂案 这是一座中型化肥生产企业曾发生的事故：夜班工作时，正在运转中的氮氢压缩机主轴意外断裂，造成压缩机严重损坏，被保险人要求保险人在机器损坏险保单下予以赔偿。 因本案损失较大和专业性较强，接到报案后，保险人随即委托公估公司查勘处理。经过查勘与现场了解，本案事故受损设备是一台功率为1300kw的氮氢压缩机，在夜班工作时发生巨响，随即停机，当时看到因巨大的震动使压缩机扭转位移、曲轴箱等部分箱体发生破裂。拆开检查看到压缩机曲轴断裂，其他零件如
连杆、活塞拉杆、轴瓦、瓦座、机体、曲轴箱等一大部分零件断裂或明显变形。经过对曲轴断口检查分析，确定为疲劳断裂，进而判定该机事故发生原因和过程为，运转中的压缩机曲轴疲劳断裂后，运动的断裂件对相邻零件的撞击以及强大的惯性与震动力导致其它零部件断裂或变形损坏。 在对保险责任的分析判定上，公估人依据技术分析和对保单条款的理解，在确认事故原因是疲劳损坏的基础上，认为疲劳损坏属于机器设备运行必然引起的后果，随后根据保单关于除外责任条款中关于“机器设备运行必然引起的后果，如自然磨损、氧化、腐蚀、锈蚀、孔蚀、锅垢等物理性变化或化学反应”的约定，认为不属于保险责任，建议保险人对本案事故损失拒赔处理。最终保险人没有完全采纳公估人的意见，而是与被保险人协议赔偿。 案件处理分析： 首先可以确认公估人对事故原因的分析，即判断“疲劳损坏”是正确的。简单地说，疲劳损坏是在材料受力小于其静强度极限的情况下，由于交变应力多次重复的作用，对于轴类零件会在表面或某一应力集中的点发生初始裂纹（称“疲劳源”），由于切口作用逐渐发展、扩大，则未断裂的实体连接部分承受的应力随之逐渐增加，直至超过其静强度极限后断裂。从曲轴断口的照片可以看到，A 点位置是疲劳初期裂纹即疲劳源，自此裂纹逐渐向外发展；B区域可见裂纹以疲劳源为中心，波纹状向外发展；C区断面粗糙，是最后一次性断裂的表面。（如下图所示） 疲劳损坏无疑是一种渐变的过程，但是疲劳损坏可否认为是“机器设备运行必然引起的后果”则是需要慎重考虑的。根据对疲劳失效的研究，其形成条件很复杂，除交变应力频率因素外，疲劳强度与材料性能、强度、表面质量以及设计
金属零件失效分析及实例 (DEMO)
金属零件失效分析及实例 一、轴的失效分析 1．1 轴的失效类型 轴是用来支承旋转，并传递动力和运动的部件。轴可以承受各种类型的载荷，如拉伸、压缩、弯曲或扭转及各种复合载荷。有时还承受振动应力。在这些载荷作用下，使轴失效的最常见的类型是轴的疲劳断裂。疲劳破坏起始于局部应力最高的部位，有些机械由于设计、制造、装配和使用不合理，也造成轴过早地发生疲劳断裂。 轴的疲劳通常可分为3种基本类型：弯曲疲劳、扭转疲劳和轴向疲劳。弯曲疲劳可由下面几种类型的弯曲载荷造成：单向的、交变的和旋转的。在单向弯曲时，任一点的应力都是变动的，变动应力只改变大小而不改变方向。在交变弯曲和旋转弯曲时，任意一点的应力都是交变的，即应力在方向相反的应力之间循环变化。扭转疲劳常因施加变动或交变的扭转力矩产生。轴向疲劳则由于施加交变或变动的拉伸—压缩载荷的结果。 承受了变应力的轴，由于机械的或冶金的因素，或两者综合的结果导致轴的疲劳断裂。机械影响因素包括了小圆角、尖角、凹槽、键槽、刻痕及紧配合处。冶金影响因素包括了淬火裂纹、腐蚀凹坑、粗大的金属夹杂物及焊接缺陷等。疲劳破坏占失效轴的50％以上。 在低温环境中或是在冲击及快速施加过载时，将会使轴发生脆性断裂。脆性断裂的特征是裂纹以极高的扩展速度(大约1800m/s或更大)发生突然断裂，而在断裂源处只有小的变形迹象。这种类型的断裂特征是断裂表面上存在着鱼骨状或人字形花样的标志，人字形的顶点指向断裂源。 一些表面处理能使氢溶解入高强度钢中，使轴脆化而断裂，例如，电镀金属会引起高强度钢的失效。 轴的韧性断裂(显微空穴聚合的结果)在断裂表面上呈现有塑性变形的迹象，类似在普通拉伸试验或扭转试验试样中所观察到的情况。对拉伸断裂的轴这种变形，用目视检验是容易见到的，但是，当轴扭转断裂时，则变形是不明显的。在正常工作条件下轴很少发生韧性断裂。但是，如果对工作要求条件估计过低，或者所用材料强度达不到预定数值，或者轴受到单一过负载，也可能发生韧性断裂。在通常情况下，材料的韧性随下列条件而降低：(1)以冷作加工或热处理提高金属的强度；(2)缺口敏感材料中存在缺口、圆角、孔洞、刮伤、夹杂物和疏松；(3)增加加载速度；(4)对于许多合金降低环境温度。 某些高温下工作的轴，在工作载荷远小于金属屈服强度的条件下，金属材料在高温及
汽轮机轴系损坏事故案例分析
汽轮机轴系损坏事故案 例分析 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
汽轮机轴系损坏事故案例分析【事故机组概况】 阜新电厂01号汽轮机CCl140／N200一12.7／535／535型超高压一次中间再热两段抽汽凝汽式机组，由哈尔滨汽轮机厂制造，出厂日期96年，出厂编号72N9；发电机型号．QFSN一200—2，出厂编号3—60237，出厂日期为95年10月，由哈尔滨电机厂制造；锅炉型号为HG 一670／13．7一YMl6，出厂编号2339，出厂日期1995年3月，由哈尔滨锅炉厂制造。 该机组1996年3月安装，96年11月2日首次并网发电，同年12月18日正式移交生产；到8月19日事故时止，累计运行15151小时，发电量27．06亿千瓦时。 【事故经过】 1999年8月19日0时20分，运行五值接班，机组负荷为155MW运行；零时30分，值长令加负荷到165MW；1时整，值长令加负荷到170MW，主蒸汽压力为12．6Mpa，主蒸汽温度535℃，蒸汽流量536．9吨／时。
47分30秒，“高、中压主汽门关闭”、“抽汽逆止门关闭“光字牌报警，监盘司机喊“机跳了”。47分32秒，交流、直流润滑油泵联动良好。47分37秒，发电机出口开关5532跳闸，有功负荷到“0”，6KV厂用电备用电源联动成功。 值长来电话向单元长询问情况，单元长告：“01号机、发电机跳闸”。值长当即告：“立即查明保护动作情况，对设备详细检查；有问题向我汇报“。单元长令：“汽机、电气人员检查保护及设备情况。”司机助手到保护盘检查本特利保护，回来后向单元长汇报：“没有发现异常。”汽机班长检查完设备汇报单元长说：“设备检查没问题。”电气班长确认后汇报：“发电机跳，6KV厂用正常联动备用电源，电气保护无动作，只有‘热工保护动作’光字牌来信号。” 单元长向值长汇报：“检查保护和设备都没发现问题。”值长告：“如无异常，可以恢复。”随即单元长告汽机班长：“汽机挂闸，保持机3000转／分。”汽机班长到就地机头处操作，手摇同步器由30mm退至到“0’’位，同时令司机助手去检查设备情况，助手回来后汇报：“机组检查正常，主轴在转动中。”这时班长操作同步器增加行程时发现高、中压主汽门未开，告助手去复归“热工保护动作自保持复归按钮”，当检查就地压力表立盘时发现调速油压很低，对从控制室返回来的助手说：“把调速油泵转起来。”
汽车钢板弹簧断裂分析方法
汽车钢板弹簧断裂分析方法 李 涛 （江西五十铃汽车有限公司） 摘要：汽车钢板弹簧在路试或使用中会偶发断裂现象，分析断裂原因的方法应从 断裂宏观、微观入手，对断裂件进行化学成分、低倍组织、夹杂物、硬度、金相、 脱碳层及喷丸检验，从而找出断裂的根本原因。 关键词：钢板弹簧；早期；断裂；分析；热处理；喷丸； Auto leaf spring fracture analysis method Li Tao (Jiang Xi ISUZU Motors Co., Ltd.) Abstract: Auto leaf spring in the road test or use will be accidental fracture phenomenon, this paper analyzes the reasons of fracture method from macro and micro fracture of the broken pieces of chemical composition, macrostructure, inclusions, hardness, metallographic, decarburization layer and shot peening inspection, so as to find out the root cause of the fracture. Key words:Leaf spring；Early；Fracture；Analysis；Heat treatment；Shot peening； 汽车钢板弹簧（下简称：板簧）是汽车关键的弹性元件，主要功能是当路面 对轮子传输冲击力时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用，纵向布置时还具 有导向传力的作用[1]。 在路试和正常的使用中会偶发板簧断裂现象，在排除设计原因导致产品强度 不够导致断裂的前提下，为查找到断裂的根本原因对其分析过程进行详细诠释。 一、 断裂宏观微观分析 1.断裂位置 常规的板簧断裂位置为U型螺栓夹紧位置附近，此种断裂多为板簧寿命达 到极限，因板簧在设计过程中此区域为应力最大区（除等应力板簧）[2]，见下图： 板簧中心孔发生断裂，此种断裂多为对板簧的夹紧出现松动，中心孔为U 型螺栓夹紧的范围内，此段通称为无效段，因U型螺栓夹紧后此段不受到任何 力的作用，但是当U型螺栓夹紧段发生松动后，此段将后受到外部传来的应力， 而中心孔位置本身就是“缺陷”位置，故会产生应力集中，从而导致板簧发生断 裂，此种断裂多数不为板簧本身质量问题。 板簧其他位置发生断裂，这种断裂通常为异常断裂，或因产品本身质量问题 导致断裂，或因外部原因导致板簧产生缺陷导致断裂。