球墨铸铁连杆断裂失效分析

本文介绍了煤气压缩机球墨铸铁连杆断裂的检验分析情况。分析指出,附加应力大、应力集中高、材质过脆构成了连杆断裂,其性质属于早期疲劳断裂。文中应用了俄歇谱仪测试及断裂力学观点对断口上的特殊黑色条纹及连杆过早断裂问题进行了解释。最后,对连杆及机体的破裂过程进行了推断,回答了活塞撞击与连杆断裂的因果关系。     

陶瓷材料小裂纹研究进展

本文对陶瓷材料的断裂研究进行了述评,内容涉及断裂研究的阶段划分,小裂纹研究在断裂研究中所占地位,小裂纹的断裂规律及其研究现状,文末总结了陶瓷材料小裂纹研究的现有成果及未来研究趋势展望。现有试验结果表明,陶瓷材料在短时断裂、静态疲劳及动态疲劳中普遍存在小裂纹效应,而循环疲劳小裂纹尚未开始研究。陶瓷材料微裂纹交互作用与长大可能是陶瓷材料早期损伤的主要机制。要对陶瓷材料进行结构可靠性分析、寿命预测、损伤容限设计及工艺改性,研究微裂纹、小裂纹长大演变规律是关键环节。     

高速柴油机曲轴弯曲疲劳断裂案例

<正> 高速柴油机轴类零件中发生弯曲疲劳断裂的典型零件是曲轴,弯曲疲劳断裂也是曲轴的主要失效形式。曲轴在工作中,由主轴颈上的径向和切向的反作用力以及从自由端传来的扭矩都在曲柄臂上引起弯曲应力。应力试验表明:在曲柄臂两个侧面与主轴颈和连杆轴颈相交的圆角处应力较高,易于形成疲劳裂纹。对于150系列高速紫油机,主轴颈     

疲劳裂纹萌生机制

对于高强度钢和合金来讲,疲劳裂纹萌生是疲劳破坏的最重要组成部分。在高周次疲劳时,宏观裂纹萌生寿命(N_i)与裂纹扩展寿命(N_f)之比(N_i/N_f)大于90％,在低周次疲劳中N_i/N_f也大于50％。疲劳裂纹萌生与结构设计、材质、制造工艺及使用环境等因素有关。疲劳裂纹源的分析应包括力学分析、断口分析、金相分析和表面状态分析诸方面。确定裂纹萌生的性质、原因和条件是解决构件早期疲劳断裂的前提。     

冷作模具钢DC53断裂性能研究

针对冷作模具钢DC53的断裂失效情况,开展断裂韧度及疲劳裂纹扩展试验,获得材料断裂性能参数。基于线弹性断裂力学理论,运用三维断裂分析软件FRANC3D模拟计算含有穿透型裂纹的标准紧凑拉伸CT试样的裂纹前缘应力强度因子,由Paris公式计算裂纹扩展寿命,并将理论计算、数值模拟和断裂力学试验进行对比研究。结果表明:数值模拟、理论计算以及试验得到的裂纹扩展寿命在16.7%的合理误差范围内。     

发动机液氧冷却导管断裂失效分析

发动机连续地面长程试车过程中，1根Ф11mm×1.5mm的液氧冷却导管断裂，断口位于焊缝热影响区，焊缝断口形貌显示为疲劳断裂。通过晶相分析、动力学仿真、疲劳试验和微观形貌分析，断裂主要原因为导管焊缝背面余高呈现较大散差、焊缝热影响区应力集中，导致寿命裕度降低、在发动机长时间工作条件下疲劳开裂。通过控制焊接余高和改为自动焊接工艺，可提高导管疲劳寿命。导管疲劳试验和地面试车验证了改进方法的有效性。     

SUS301L不锈钢激光焊接头疲劳损伤行为研究

研究SUSS301L不锈钢激光焊搭接接头的疲劳性能,并获得相应的S-N曲线及条件疲劳极限,通过宏观断裂形貌和疲劳断口分析,探讨SUSS301L不锈钢激光焊搭接接头的疲劳断裂模式与损伤行为。结果表明:SUSS301L不锈钢激光焊搭接接头失效概率为1.0%和0.1%的疲劳极限最大力分别为2.22、2.08 kN;通过有限元模拟分析得出,板材加载端的焊缝连接处是应力集中强烈部位,疲劳裂纹从该区域萌生并扩展;根据加载疲劳应力的大小,焊接接头在最终的断裂模式出现低应力疲劳断裂与高应力疲劳断裂两种模式,低应力疲劳断裂典型特征为"穿板断裂",而高应力疲劳断裂表现为"穿板+穿缝"特征。     

抽筒子疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测

针对炮闩机构的抽筒子爪部出现疲劳断裂的问题,研究抽筒子的疲劳裂纹扩展及剩余寿命预测。针对抽筒子材料45CrNiMoVA,开展室温下断裂韧度和疲劳裂纹扩展试验,测试材料的断裂韧度,结合实验数据拟合得到Paris断裂公式。通过对抽筒子裂纹扩展因素的研究得到:应力由300 MPa减小至200 MPa时,剩余寿命增幅最大,增大约3.2倍;初始裂纹长度从0.5 mm增大到1 mm时;剩余寿命减小幅度最大,减小约1.8倍;当材料的断裂韧度越大,剩余寿命越大,且增长的趋势越来越缓慢。     

卧式刮刀离心机主轴疲劳断裂失效分析

采用光学金相和电子探针等分析手段，对卧式刮刀离心机主轴的疲劳断裂进行了分析。结果表明，由于轴上加工环槽根部应力集中，造成此处形成裂纹源，最终导致主轴产生疲劳断裂，造成报废。并提出了改进的措施。     

外物损伤对叶片振动疲劳裂纹扩展性能的影响

为研究外物损伤(FOD)对航空发动机叶片的疲劳裂纹扩展影响,基于落锤冲击试验系统,在不同冲击能量下进行TC4钛合金试件的FOD模拟试验及振动疲劳试验,获得损伤试件的裂纹长度与疲劳寿命的关系,并拟合疲劳断口裂纹形貌参数,建立疲劳裂纹扩展寿命预测计算模型。研究结果表明：损伤缺口的深度和宽度随冲击能量的减小而非线性的减小。当冲击能量较大时,试件的疲劳裂纹先沿弯曲微裂纹扩展,后沿直线扩展;当冲击能量较小时,试件疲劳裂纹保持直线扩展。裂纹的萌生寿命与冲击能量、应力水平二者相关。     

用最大正应力法则确定层状复合材料中疲劳裂纹的扩展方向

针对层状复合材料中疲劳裂纹扩展的复杂路径,用最大正应力法则探讨了疲劳裂纹的扩展方向问题;并利用有效解决高梯度问题的数值方法--任意线法对实测试件进行了数值分析;所预测的裂纹扩展方向再与铝片构成的层状复合材料进行疲劳断裂实验的结果相对比,二者完全一致.这种一致性不仅初步证明了这一方法的正确性和适用性,并为疲劳裂纹扩展全过程的解决提供了必要的基础.     

飞机腹鳍根部型材疲劳断裂强度分析

针对某型飞机腹鳍根部型材疲劳断裂问题,依据腹鳍的结构和工作特点,应用疲劳断裂理论进行定量分析,排除了因飞行中所受空气动力引起的静载和动载造成损伤的可能性,分析了其裂纹产生原因并提出使用维修建议.     

某型飞机卡箍断裂失效分析

某型飞机氧气瓶固定卡箍的断裂是一种多发故障。通过断口金相观察、断面成分分析发现卡箍断裂属于腐蚀疲劳断裂;疲劳源在卡箍表面焊缝加强高与热影响区交界处。在分析焊接质量时,金相检查发现卡箍焊缝加强高与热影响区的交界处存在焊接小裂口。焊接质量差是卡箍焊缝处产生腐蚀疲劳的原因,焊接缺陷对疲劳裂纹的萌生也起了一定的促进作用。最后,给出改善焊接质量的有效措施。     

汽车稳定杆早期断裂的原因分析

采用SEM和光学显微镜观察稳定杆的显微组织,用DV-2型直读光谱仪对其材料的成分进行了分析,确定稳定杆断裂为疲劳断裂,认为稳定杆早期断裂原因是由于制造工艺和热处理工艺不当所致。由于稳定杆在表面产生了柱状晶及晶粒间微裂纹,内部出现不均匀组织增加了内应力,以及成型半径过小、表面粗糙度大、氧化皮的存在等引起应力集中,在扭转、挤压和剪切力的作用下萌生了裂纹源,而裂纹扩展造成稳定杆早期断裂。     

从动齿轮的断齿分析

经过对断齿的观察分析,认为造成齿根断裂的直接原因是齿轮表面机械加工的刀痕所致。齿轮在传动中,每个齿都受到多种应力的综合影响,处于张应力状态下的机械加工刀痕,起到了应力集中的微裂纹的作用,在不断的受力下沿刀痕萌生疲劳裂纹,引起齿根疲劳断裂。同时,钢中的脆性夹杂物对齿轮的早期失效起到了促进作用。     

基于等效寿命的航空铆接疲劳特性试验研究

通过二级变幅载荷谱试验与Elber模型相结合分析搭接铆接结构疲劳特性,讨论铆接参数对疲劳断口特征及疲劳寿命的影响。结果表明:疲劳裂纹萌生于搭接板内的多个位置,裂纹源及断裂截面位置受铆接参数及疲劳载荷水平影响;对于较大铆接力下疲劳载荷影响更显著,使用基于Elber裂纹张开应力模型的等效裂纹扩展速率能较好反映铆接工艺及第二弯曲效应影响下的结构疲劳寿命;通常情况下增大铆接力有利于提高疲劳寿命,但其变化规律依赖于疲劳载荷的水平;Smax=100 MPa时,增大铆接力对于4 mm铆钉试件提高疲劳寿命效果显著,但Smax=150 MPa时,较高的铆接力会导致疲劳寿命的增益出现衰减。     

高强度低合金钢在低温下的疲劳裂纹扩展行为

本文研究了高强度低合金钢在低温下的疲劳裂纹扩展速度和疲劳断裂韧性,结果表明,在FDBTT(-40℃),与其它温度的断口相比,其疲劳裂纹扩展区最大,疲劳条纹宽度最细,da/dN最低;准解理的出现,减少了临界裂纹尺寸,从而降低了疲劳断裂韧性。同时还研究了断裂机制随温度降低时的变化规律,讨论了疲劳韧脆转变特性。     

火炮身管疲劳断裂试验和数值模拟研究

烧蚀磨损和疲劳是影响火炮身管寿命的主要因素,前者使内膛表面产生了随机的烧蚀坑或微裂纹,形成了大量的应力集中区,在疲劳作用下,微裂纹沿身管径向由内向外扩展形成宏观裂纹,一旦其深度达到临界值,继续发射则可能导致身管断裂。针对身管疲劳断裂问题,根据火炮发射过程中载荷作用特点,自主设计了液压冲击疲劳试验装置,在实验室条件下再现了身管服役条件下的疲劳断裂现象。试验结果表明：冲击载荷作用下,身管疲劳断口包括裂纹源、扩展区和瞬断区3个部分,扩展区呈现典型的“海滩条纹”特征;身管外壁面周向应变的演化规律与裂纹的扩展速率变化规律之间存在内在的映射关系,从而可为身管健康监测、发射安全性评估提供新的技术手段。数值模拟采用J-C方程描述炮钢材料的动态本构关系,将材料的应变率效应纳入仿真计算过程中,模拟结果与试验结果之间具有较好的一致性。     

起重机液压活塞杆断裂分析

针对某起重机液压缸中的活塞杆在运行过程中发生的疲劳断裂失效,从活塞杆的成分、断口的形貌和实际工况确定裂纹源的位置和形成机理,并对断裂的原因进行分析。结果表明:材料在冶炼过程中留下的夹杂物粒子、第二相粒子及设计不合理造成的过度台阶处的过渡圆角较小,是导致活塞杆应力集中的主要原因,在交变载荷的作用下,最终使活塞杆发生疲劳断裂。     

中间轴与齿轮失效分析

某种车辆经3000公里试车后,出现了变速箱中间轴断裂和齿轮根部裂纹问题。为此,对其断口形貌、裂纹形态、成份和组织、加工工艺及有关机械性能进行了较为详细的检测分析,试验证明该零件失效与原材料质量、热加工工艺无关,而外形尺寸加工不当形成的应力集中是导致中间轴疲劳断裂和齿轮根部产生裂纹的主要原因。针对上述问题采取技术措施后,有效地阻止了这类失效的发生。