失效分析教学ppt课件

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1、第二章常见失效形式及其判断常见失效形式（11种）：过量弹性变形失效、屈服失效（塑性变形失效）、塑性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂失效、腐蚀失效、应力腐蚀失效、氢脆失效、腐蚀疲劳失效、磨损失效、蠕变失效。掌握内容：产生条件、特征、诊断、防止措施。一、概述定义：当应力或温度引起构件可恢复的弹性变形大到足以妨碍装备正常发挥预定功能时，就叫做过量弹性变形失效。零件受机械应力或热应力作用产生弹性变形，应力σ与应变ε之间服从虎克（Hooke）定律σ=E·ε(2．1)2.1过量弹性变形失效这种变形为弹性变形，是受力作用时的必然结果，一般不会引起麻烦。但在一些精密机械中，对零件的尺寸和匹配关系要求严格

2、，当弹性变形超过规定的限量(在弹性极限以内)时，会造成零件的不正常匹配关系。例：航天火箭中惯性制导的陀螺元件，如果对弹性变形问题处理不当，就会因漂移过大而失效。2.1过量弹性变形失效线膨胀系数是表征材料热胀冷缩特性的参数。不同材料具有不同的线膨胀系数。如果材料匹配不当，在温度改变时就可能引发故障。例：钢的线膨胀系数约为12×10－6℃－1，是青铜的一半，如果用2Crl3不锈钢作轴，用青铜作轴瓦，这样的结构在常温下可以很好地工作，但当温度很低时，就会因轴的收缩远小于轴瓦的收缩而发生抱轴现象。工作载荷和(或)温度使零件产生的弹性变形量超过零件匹配所允许的数值时，就将导致弹性变形失效。2.1过

3、量弹性变形失效二、特征及判断方法弹性变形失效的判断往往比较困难。这是因为，虽然应力或(和)温度在工作状态下曾引起变形并导致失效，但是在解剖或测量零件尺寸时，变形已经消失。综合考虑以下几个因素：(1)失效产品是否有严格的尺寸匹配要求，是否有高温或低温工作经历。2.1过量弹性变形失效(2)在失效分析时，应注意观察在正常工作下相互接触的配合表面上是否有划伤、擦痕或磨损等痕迹。(3)在设计时是否考虑了弹性变形(包括热膨胀变形)的影响，并采取了相应的措施。(4)通过计算来验证是否有弹性变形失效的可能。2.1过量弹性变形失效三、防止措施失效的责任几乎全部在于设计者的考虑不周、计算错误或选材不当，故防

4、止措施主要应从设计方面考虑。1．选择合适的材料或结构如果由机械应力引起的弹性变形是主要问题，则可以根据具体的要求选用适当的材料。2.1过量弹性变形失效例：宇航惯性制导的陀螺平台选用铍合金制造，就是因为其弹性模量高，不容易引起弹性变形。铍的弹性模量为铝的4倍、钢的1．5倍。如果考虑到相对密度，则铍的比刚度为铝或钢的6倍多。在空间允许的情况下，也可以采用增加截面积、降低应力水平的办法来减小弹性变形。如果热膨胀变形是主要问题，则可以根据实际需要采用热膨胀系数适合的材料。2.1过量弹性变形失效2．确定适当的匹配尺寸弹性变形量是可以计算的，这种尺寸的变化应当在设计时加以考虑。低温度下工作的机件，其

5、间隙不仅应保证在常温下正常工作，而且还要确保在低温下尺寸变化后仍能正常工作。对于几何形状复杂、难于计算的零件可通过试验来解决。2.1过量弹性变形失效3．采用减少变形影响的转接件在系统中采用软管等柔性构件，可显著减少弹性变形的有害影响。一、概述塑性变形：零件受力后产生的不可恢复的变形。在零件正常工作时，塑性变形一般是不允许的，它的出现说明零件受力过大。但也不是出现任何程度的塑性变形都一定导致失效。屈服失效：当受载荷的构件产生不可恢复的塑性变形大到足以妨碍装备正常发挥预定功能时。2.2屈服失效（塑性变形失效）例：由过量塑性变形引起的失效称为屈服失效，如某厂的洗涤塔为高20.5m、直径3.5m

6、、壁厚8mm的圆筒结构，用于精洗煤气。在输入煤气前，先用蒸汽冲洗洗涤塔约3min，塔内温度约为70℃。其后，错误地关闭了放散阀，又错误地向塔内喷冷水，致使塔内冷凝加快形成负压。在外部大气压力下，塔壁收缩内陷，导致从塔顶至底部发生整体歪扭，中部呈细颈状，产生屈服失效。2.2屈服失效（塑性变形失效）二、特征及判断屈服失效的特征：失效件有明显的塑性变形。判断：塑性变形很容易鉴别，只要将失效件进行测量或与正常件进行比较即可确定。严重的塑性变形(如扭曲、弯曲、薄壁件的凹陷等变形特征)用肉眼即可判别。2.2屈服失效（塑性变形失效）两个互相接触的曲面之间，存在有静压应力，可使匹配的一方或双方产生局部屈

7、服形成局部的凹陷，严重者会影响其正常工作，这称为过载压痕损伤，是屈服失效的一种特殊形式。例如：滚珠轴承在开始运转前，如果静载过大，钢球将压入滚道，使其型面受到破坏。这样的轴承在随后的工作中就会使振动加剧而导致早期失效。过载压痕损伤：2.2屈服失效（塑性变形失效）三、防止和改进措施1．降低实际应力(1)降低工作应力。降低工作应力可从增加零件的有效截面积和减少工作载荷两个方面考虑。准确地确定零件的工作载荷，正确地进行应力计算，合理地选取