失效分析教學ppt課件

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1、第二章常見失效形式及其判斷常見失效形式（11種）：過量彈性變形失效、屈服失效（塑性變形失效）、塑性斷裂失效、脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效、腐蝕失效、應力腐蝕失效、氫脆失效、腐蝕疲勞失效、磨損失效、蠕變失效。掌握內(nèi)容：產(chǎn)生條件、特征、診斷、防止措施。一、概述定義：當應力或溫度引起構(gòu)件可恢復的彈性變形大到足以妨礙裝備正常發(fā)揮預定功能時，就叫做過量彈性變形失效。零件受機械應力或熱應力作用產(chǎn)生彈性變形，應力σ與應變ε之間服從虎克（Hooke）定律σ=E·ε(2．1)2.1過量彈性變形失效這種變形為彈性變形，是受力作用時的必然結(jié)果，一般不會引起麻煩。但在一些精密機械中，對零件的尺寸和匹配關(guān)系要求嚴格

2、，當彈性變形超過規(guī)定的限量(在彈性極限以內(nèi))時，會造成零件的不正常匹配關(guān)系。例：航天火箭中慣性制導的陀螺元件，如果對彈性變形問題處理不當，就會因漂移過大而失效。2.1過量彈性變形失效線膨脹系數(shù)是表征材料熱脹冷縮特性的參數(shù)。不同材料具有不同的線膨脹系數(shù)。如果材料匹配不當，在溫度改變時就可能引發(fā)故障。例：鋼的線膨脹系數(shù)約為12×10－6℃－1，是青銅的一半，如果用2Crl3不銹鋼作軸，用青銅作軸瓦，這樣的結(jié)構(gòu)在常溫下可以很好地工作，但當溫度很低時，就會因軸的收縮遠小于軸瓦的收縮而發(fā)生抱軸現(xiàn)象。工作載荷和(或)溫度使零件產(chǎn)生的彈性變形量超過零件匹配所允許的數(shù)值時，就將導致彈性變形失效。2.1過

3、量彈性變形失效二、特征及判斷方法彈性變形失效的判斷往往比較困難。這是因為，雖然應力或(和)溫度在工作狀態(tài)下曾引起變形并導致失效，但是在解剖或測量零件尺寸時，變形已經(jīng)消失。綜合考慮以下幾個因素：(1)失效產(chǎn)品是否有嚴格的尺寸匹配要求，是否有高溫或低溫工作經(jīng)歷。2.1過量彈性變形失效(2)在失效分析時，應注意觀察在正常工作下相互接觸的配合表面上是否有劃傷、擦痕或磨損等痕跡。(3)在設計時是否考慮了彈性變形(包括熱膨脹變形)的影響，并采取了相應的措施。(4)通過計算來驗證是否有彈性變形失效的可能。2.1過量彈性變形失效三、防止措施失效的責任幾乎全部在于設計者的考慮不周、計算錯誤或選材不當，故防

4、止措施主要應從設計方面考慮。1．選擇合適的材料或結(jié)構(gòu)如果由機械應力引起的彈性變形是主要問題，則可以根據(jù)具體的要求選用適當?shù)牟牧稀?.1過量彈性變形失效例：宇航慣性制導的陀螺平臺選用鈹合金制造，就是因為其彈性模量高，不容易引起彈性變形。鈹?shù)膹椥阅Ａ繛殇X的4倍、鋼的1．5倍。如果考慮到相對密度，則鈹?shù)谋葎偠葹殇X或鋼的6倍多。在空間允許的情況下，也可以采用增加截面積、降低應力水平的辦法來減小彈性變形。如果熱膨脹變形是主要問題，則可以根據(jù)實際需要采用熱膨脹系數(shù)適合的材料。2.1過量彈性變形失效2．確定適當?shù)钠ヅ涑叽鐝椥宰冃瘟渴强梢杂嬎愕模@種尺寸的變化應當在設計時加以考慮。低溫度下工作的機件，其

5、間隙不僅應保證在常溫下正常工作，而且還要確保在低溫下尺寸變化后仍能正常工作。對于幾何形狀復雜、難于計算的零件可通過試驗來解決。2.1過量彈性變形失效3．采用減少變形影響的轉(zhuǎn)接件在系統(tǒng)中采用軟管等柔性構(gòu)件，可顯著減少彈性變形的有害影響。一、概述塑性變形：零件受力后產(chǎn)生的不可恢復的變形。在零件正常工作時，塑性變形一般是不允許的，它的出現(xiàn)說明零件受力過大。但也不是出現(xiàn)任何程度的塑性變形都一定導致失效。屈服失效：當受載荷的構(gòu)件產(chǎn)生不可恢復的塑性變形大到足以妨礙裝備正常發(fā)揮預定功能時。2.2屈服失效（塑性變形失效）例：由過量塑性變形引起的失效稱為屈服失效，如某廠的洗滌塔為高20.5m、直徑3.5m

6、、壁厚8mm的圓筒結(jié)構(gòu)，用于精洗煤氣。在輸入煤氣前，先用蒸汽沖洗洗滌塔約3min，塔內(nèi)溫度約為70℃。其后，錯誤地關(guān)閉了放散閥，又錯誤地向塔內(nèi)噴冷水，致使塔內(nèi)冷凝加快形成負壓。在外部大氣壓力下，塔壁收縮內(nèi)陷，導致從塔頂至底部發(fā)生整體歪扭，中部呈細頸狀，產(chǎn)生屈服失效。2.2屈服失效（塑性變形失效）二、特征及判斷屈服失效的特征：失效件有明顯的塑性變形。判斷：塑性變形很容易鑒別，只要將失效件進行測量或與正常件進行比較即可確定。嚴重的塑性變形(如扭曲、彎曲、薄壁件的凹陷等變形特征)用肉眼即可判別。2.2屈服失效（塑性變形失效）兩個互相接觸的曲面之間，存在有靜壓應力，可使匹配的一方或雙方產(chǎn)生局部屈

7、服形成局部的凹陷，嚴重者會影響其正常工作，這稱為過載壓痕損傷，是屈服失效的一種特殊形式。例如：滾珠軸承在開始運轉(zhuǎn)前，如果靜載過大，鋼球?qū)喝霛L道，使其型面受到破壞。這樣的軸承在隨后的工作中就會使振動加劇而導致早期失效。過載壓痕損傷：2.2屈服失效（塑性變形失效）三、防止和改進措施1．降低實際應力(1)降低工作應力。降低工作應力可從增加零件的有效截面積和減少工作載荷兩個方面考慮。準確地確定零件的工作載荷，正確地進行應力計算，合理地選取