2024-T3铝合金单搭接化铣板疲劳特性及失效机理

目的 研究2024-T3铝合金单搭接化铣板的疲劳性能及失效形式。方法 采用步进法对化铣板搭接件进行疲劳试验,运用奈尔检验法对疲劳强度进行数据处理,运用扫描电子显微镜和能谱分析对典型疲劳断口进行观察和成分分析,对比基板厚度和铆钉孔径对化铣板搭接件疲劳强度的影响,分析并探讨2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式及机理。结果 基板厚度对2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳强度影响较大,而铆钉孔径影响较小。随着基板厚度的增加,化铣板搭接件的疲劳强度呈现出降低的趋势,对2种铆钉孔径（3、4 mm）,厚度为1.8 mm化铣板搭接件的疲劳强度较厚度为0.6 mm的试样分别降低了13.2%和13.0%。基板厚度增加使铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式从上基板铆钉头部失效变为下基板纽扣处失效,并最终表现为铆钉断裂失效。结论 随着基板厚度增加,搭接件微动磨损加剧,加速了疲劳裂纹萌生,这是造成2024-T3铝合金化铣板搭接件疲劳强度显著降低的主要原因。     

多工况下地下管道结构疲劳可靠度分析

疲劳破坏是埋地管道主要的失效方式之一,超载、地下空洞等因素都会加剧地下管道结构的疲劳损伤,对其安全运行构成威胁。对管道服役期在各种不利影响因素组合下的动力响应特征进行数值模拟分析,确定其疲劳应力谱;基于材料S-N曲线和Miner线性累积损伤准则,利用可靠性理论建立了交通荷载作用下地下管道结构疲劳的极限状态方程,计算了管道结构的疲劳寿命和疲劳可靠度指标;以某软土路基环境下地下燃气管道为例,定量评估了超载和地下空洞对地下管道结构疲劳可靠度的影响。将管道在荷载作用下的结构动力分析与疲劳可靠度相结合,为地下管道结构疲劳可靠度评估提供了一种新的分析方法,可为城市地下管道的设计、施工、维护及检修提供科学依据。     

身管镀层界面失效分析及寿命预测研究

目的 研究热压耦合作用下身管镀层的界面失效机理,预测身管寿命。方法 建立镀层界面剪切失效、界面弯曲失效和界面裂纹扩展失效3种失效模型,并给出失效准则。以某小口径步枪身管为研究对象,基于完整冷却周期的身管温度场数值模拟结果,计算这3种失效在相同射击条件下的临界失效长厚比,并对结果进行对比分析,确定身管镀层的主要界面失效方式。结合镀层的界面失效机理和低周疲劳损伤累计理论,建立基于镀层界面疲劳损伤累积的身管寿命预测模型,对该小口径步枪身管的寿命进行预测。结果 临界失效长厚比计算结果表明,界面剪切失效是身管镀层的主要失效方式。身管寿命预测结果与寿命试验结果相比,误差小于2%。结论 界面剪切失效是身管镀层的主要失效方式,基于镀层界面疲劳损伤累积的身管寿命预测方法是可行的。     

弱密封火工品的失效模式和贮存性能研究

目的 获取弱密封火工品在温度和温湿度环境下的失效模式和贮存性能。方法 设计温度和温湿度2种环境下2种弱密封火工品的加速寿命试验,对加速贮存后的火工品进行外观检查、性能测试和失效模式分析。结果 点火头这类防潮漆密封火工品的失效模式主要是作用时间变长,点火能力不足,其失效机理主要是脚线的氧化、药剂的潮解和药剂中还原剂的氧化。火焰雷管这类绸垫涂胶密封的火工品,在温湿度应力下的失效模式主要为输出能力下降,其失效机理主要是部羧铅遇水发生化学反应。结论 弱密封火工品在温湿度环境下的贮存特性与自身密封性和装药特性有密切关系,其失效速率取决于自身的密封性和主装药剂的吸湿性和稳定性。     

橡胶隔振器寿命预测及加速试验研究进展

介绍了橡胶材料的疲劳失效形式及影响橡胶材料抗疲劳性能的因素,总结了基于撕裂能和基于S-N曲线的橡胶材料疲劳寿命预测方法,阐明了橡胶隔振器加速试验研究的现状,展望了未来值得研究的方向。     

航空铝合金材料微动疲劳裂纹扩展寿命研究

以断裂力学为基础,根据复合型裂纹断裂判据建立了LY12CZ铝合金材料微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,确定了模型中的参数,通过预测寿命与试验值的对比验证了该模型的正确、有效性。研究结果表明,微动疲劳裂纹形成阶段比较快,其寿命只占整个疲劳寿命的20%～25%,结构失效所消耗的时间主要在裂纹扩展阶段。     

高温环境下薄壁结构声疲劳失效验证技术研究

目的针对高温环境下薄壁结构声疲劳失效问题,研究分析薄壁结构在高温环境下的声疲劳失效特征,验证薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性。方法较系统地阐述高温环境下薄壁结构声疲劳失效试验验证技术,重点总结热声疲劳试验环境建立与加载、高温环境下噪声测试、高温环境下动态响应测试和疲劳破坏寿命测试方法,并通过具体案例说明工程中试验验证方法的有效性。结果试验件在仿真计算与试验中的破坏位置一致,响应频率吻合较好,应力水平一致,疲劳寿命量级相当。结论薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性高。     

基于故障物理的集成控制器电路板可靠性预计

目的实现商用电动汽车集成控制器的可靠性预计与提升,采用应力仿真与故障物理相结合的方法对其关键电路板进行可靠性预计。方法针对集成控制器的数字样机,开展热、振动仿真应力分析,采用故障模式机理及影响分析(FMMEA)方法,分析电路板可能存在的故障模式和故障机理,确定潜在故障模式的故障物理模型。将应力分析结果作为故障物理模型的输入,进行基于故障物理的可靠性预计,寻找设计薄弱环节,并提出改进措施。结果找到了电路板的8个高温器件和热集中区域,振动仿真分析表明,电路板顶端与中心振动强度较大,可能引起疲劳失效,需要给予关注。通过FMMEA分析,得到电路板的主要故障模式为焊点开裂,主要受温度循环影响,造成热疲劳失效。最后采用Coffin-Mason模型,计算得到电路板的平均故障间隔时间为15869 h,找出了电路板的可靠性设计的薄弱环节。结论该方法基于故障物理,相对传统基于手册的可靠性预计方法精度更高,同时能够在产品研制阶段与性能设计并行,通过分析和改进产品设计,达到正向可靠性设计的目的,为新能源汽车领域电子产品的可靠性预计提供新的思路。     

核电厂热疲劳监测系统开发与应用

核电厂实际运行瞬态的参数往往比设计条件更加复杂,设计中未能充分考虑的热分层和热冲击等,已引起了国际上压水堆核电厂一回路管道多起泄漏失效事件.针对设计中无法精确考虑的瞬态,主要通过增加额外的局部测点,实现部件疲劳寿命的精确评估(国内在此方面还处于起步阶段).自主开发了一回路管道热疲劳监测系统(TECMAN系统),并在我国...     

某型导弹尾翼弹簧贮存寿命评估

应力松弛是弹簧的主要失效形式之一,温度对其影响明显。利用温度加速试验方法,对某尾翼弹簧的贮存寿命进行了研究。设计并制造了弹簧的应力松弛试验装置,利用该装置对弹簧设计了4个试验温度点,并以弹簧应力损失率下降10％为失效指标,根据阿伦尼乌斯方程对弹簧进行了贮存寿命预测,评估了该弹簧在室温条件下的贮存寿命。     

某型导弹尾翼弹簧贮存寿命评估

应力松弛是弹簧的主要失效形式之一,温度对其影响明显。利用温度加速试验方法,对某尾翼弹簧的贮存寿命进行了研究。设计并制造了弹簧的应力松弛试验装置,利用该装置对弹簧设计了4个试验温度点,并以弹簧应力损失率下降10%为失效指标,根据阿伦尼乌斯方程对弹簧进行了贮存寿命预测,评估了该弹簧在室温条件下的贮存寿命。     

涡轴发动机燃气涡轮叶片热腐蚀机理分析与改进

目的 提高航空发动机燃气涡轮工作叶片的结构完整性、安全性和可靠性。方法 以某型涡轴发动机燃气涡轮转子叶片热腐蚀案例为研究对象,详细阐述热腐蚀下燃气涡轮转子叶片的结构破坏形式,分析发生热腐蚀部位的分布规律。通过冶金分析方法,研究燃气涡轮转子叶片的热腐蚀-疲劳失效形式。结果 燃气涡轮叶片高摩擦系数的区域在高温燃气的冲刷效应以及热盐腐蚀的作用下,发生表面涂层腐蚀剥落。涂层腐蚀剥落部分的叶片合金基体受到高温燃气的氧化与侵蚀后,形成了热腐蚀坑。腐蚀坑表面的凹凸处出现应力集中,并萌生裂纹,最终引起叶片疲劳断裂。结论 探究了典型腐蚀性物质对燃气涡轮转子叶片的耐高温涂层与镍基合金基体侵蚀与氧化的化学本质,最后针对燃气涡轮转子叶片热腐蚀问题提出了改进建议,可对防范航空涡轴发动机热腐蚀问题提供有益参考。     

高某气井加重杆屈曲失稳分析

目的分析某气井开展节流器投放作业时被高压天然气顶飞的加重杆的失效原因。方法采用外观检查、宏观分析、无损检测、螺纹检测、金相分析和受力计算等检测或分析方法进行了失效原因分析。结果加重杆本体金相组织无异常,但螺纹的螺距和齿宽均变窄,齿高变高,变形严重,其组织均有变形流线。通过应力计算和分析表明,失效的加重杆受到轴向压应力远大于杆体失稳的临界力。结论失效的主要原因是气井注醇作业未将井筒疏通,导致其下部井筒内压力过大,加重杆受到向上冲力和防喷器阻力叠加的轴向压应力超过了其杆体失稳的临界力,从而导致其严重变短变粗而屈曲失稳。同时加重杆受到的向上冲力也超过了防喷器阻力,因而冲破了防喷器的阻碍而飞出井口。     

凸轮轴顶端断裂原因失效分析

目的研究发动机凸轮轴和螺栓的失效原因。方法在化学成分、硬度、金相组织、断口形貌等检测分析的基础上,研究凸轮轴和螺栓的失效行为,推断整个失效过程的起因件,并分析导致其失效的原因。结果凸轮轴金相组织、表面和心部硬度无明显异常,断口表面有明显的疲劳断裂特征,裂纹起源于凸轮轴的螺栓孔壁,此处为凸轮轴热处理过程中的感应淬火和非感应淬火的交界处。结论凸轮轴顶端螺栓孔在感应淬火过程中产生尖角效应,导致螺栓孔壁被淬透,材料脆性增加,在长期使用过程中导致凸轮轴顶端疲劳断裂,进而导致连接螺栓发生断裂。     

飞机使用环境谱的编制

腐蚀和疲劳是机械部件最常见的失效形式,高温、高湿、盐雾以及较高的化学污染环境对飞机的腐蚀和疲劳产生了严重的影响。飞机的使用环境谱是研究腐蚀环境对机体结构完整性影响的基础。针对海军飞机使用环境的特点以及腐蚀环境对机体结构常用材料腐蚀的影响,飞机的使用环境谱应包括地面停放环境谱、空中使用环境谱、海洋环境谱、加速腐蚀当量环境谱。针对上述4种环境谱,介绍了编制方法以及典型谱例。     

军用组合式集装箱联结器失效分析

简要介绍了军用组合式集装箱联结器常见的失效形式,分析了各种失效的原因.指出军用组合式集装箱联结器在设计、制造、使用中的任何一个环节的不当,都可能会造成其失效;军用组合式集装箱联结器的失效原因,涉及到从材料、加工、结构、受力、使用环境到相关零件分析的多个过程.给出了一些典型工程失效分析案例,提出了相应的预防改进措施.     

某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构选型疲劳寿命研究

目的研究某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构的选型疲劳寿命。方法在结构选型设计时初步确定长桁连续和长桁断开两种结构形式的基础上,采用静力试验与疲劳试验方法对这两种结构模拟件进行对比试验验证。结果两种结构模拟件的静破坏载荷分别为588.20 k N和587.97 k N,与设计预计破坏载荷(590k N)高度一致。在相同的等幅载荷谱下,长桁连续结构的中值疲劳寿命和95%置信度与95%可靠度下的疲劳寿命分别约为长桁断开结构的1.7倍和4倍。长桁连续结构的疲劳分散性明显小于长桁断开结构。长桁连续结构的疲劳断口主要呈现脆性穿晶疲劳断裂特征;而长桁断开疲劳断口则呈现出韧窝型断裂和解理断裂的混合型穿晶疲劳断裂特征。疲劳断口微观形貌表明,长桁断开结构在疲劳过程中产生了塑性变形,这就从微观机理上解释了长桁连续结构的疲劳性能优于长桁断开结构的原因。结论在结构质量相近的情况下,长桁连续结构明显优于长桁断开结构。     

服役环境下镁合金材料腐蚀的研究

通过对服役环境中镁合金材料出现的腐蚀问题的分析,认为点蚀、电偶腐蚀及腐蚀疲劳是镁合金材料腐蚀的主要形式,并对其研究情况进行了总结。同时,对大量的国内外有关资料进行研究,认为电偶腐蚀和腐蚀疲劳的特点及机理的研究将成为进一步研究镁合金腐蚀的重点。     

电子产品故障物理模型研究与应用进展

提出了故障物理模型的基本概念,对几种常见的电子产品故障物理模型,包括互连热疲劳模型、互连振动疲劳模型、电迁移模型和与时间相关的介质击穿模型等进行了分析,总结提出了基于失效发生因素和失效发生过程的损伤模型建模等两种故障物理模型的建模方法。结合工程应用情况,对两种故障物理模型的应用方法——可靠性仿真分析方法和可靠性加速试验方法进行了讨论。最后对故障物理模型的研究进行了展望。     

核电主管道取样管焊缝疲劳开裂案例分析

目的针对某核电机组主管道取样管焊缝水压试验后渗透检测时发现的超标线性显示,分析失效原因,探讨制造期间不常见的疲劳裂纹形成及扩展的机制,分析导致疲劳的交变应力源所在。方法通过宏观分析、金相观察、断口扫描电镜试验。结果材质未见异常,该线性显示为裂纹所致,是疲劳裂纹。结论取样管焊缝焊趾部位多源裂纹不是水压试验所产生的,为水压试验后机械加工去除堵头时,因切削不良使取样管侧焊趾附近承载的交变载荷过量引起的疲劳开裂;疲劳应力主要来自水压试验后取样管堵头切除加工工序,铣削不良是引发疲劳裂纹的关键因素。