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1、失失 效效 分分 析析 基基 础础陶春虎陶春虎中国航空工业集团公司失效分析中心中国航空工业集团公司失效分析中心第二讲 失效分析的基本理论和技术1.痕迹分析痕迹分析1.痕迹分析的作用和意痕迹分析的作用和意义义 痕迹痕迹：环境作用于系统，在系统表面留下的标记：环境作用于系统，在系统表面留下的标记对事故和失效的发生、发展过程作出判断对事故和失效的发生、发展过程作出判断为分析结论提供可靠的依据为分析结论提供可靠的依据在在机机械械失失效效时时，定定义义中中的的“系系统统”便便是是“机机械械”，而而“环环境境”中中的的力力学学、化化学学、热热学学、电电学学等等因因素素“作作用用”于于机机械械，在在机机械械
2、表表面面及及表表面面层层所所留留下下的的损损伤伤性性标标记记，便便是是痕迹。痕迹。1.痕迹分析的作用和意痕迹分析的作用和意义义 痕痕迹迹标标记记：包包括括表表面面形形貌貌(花花样样)、成成分分(或或材材料料迁迁移移)、颜颜色色、表表层层组组织织、性性能能、残残余余应应力力以以及及表面污染状态等的变化。表面污染状态等的变化。痕痕迹迹分分析析：对对上上述述变变化化特特征征进进行行诊诊断断鉴鉴别别，并并找找出出其其变变化化的的过过程程和和原原因因，为为事事故故和和机机械械失失效效分分析提供线索和证据。析提供线索和证据。机械接触痕迹机械接触痕迹 腐蚀痕迹腐蚀痕迹 电侵蚀痕迹电侵蚀痕迹 污染痕迹污染痕迹
3、2.痕迹的分痕迹的分类类 根据痕迹形成机理和条件的不同，痕迹分成以下几类：根据痕迹形成机理和条件的不同，痕迹分成以下几类：分离物痕迹分离物痕迹 热损伤痕迹热损伤痕迹 加工痕迹加工痕迹压压入性机械痕迹入性机械痕迹 3.3.机械接触的损伤痕迹机械接触的损伤痕迹 造造痕痕物物压压入入留留痕痕物物时时，法法向向载载荷荷的的作作用用缓缓慢慢而而持持续续，保保持持较较长长时时间间的的接接触触状状态态或或接接触触面面不不再再分分离离(即即静静态态接接触触)，变变形形速速度度一一般般较较小小，这这时时留留下下的的痕痕迹迹称称为为压压入入性性机机械械痕痕迹迹简简称称为为压痕压痕(或压印或压印)。一一般般形形貌貌
4、比比较较规规则则，与与造造痕痕物物的的接接触触部部位位的的形形状状比比较较吻合吻合在在有有些些情情况况下下仍仍能能保保留留机机件件原原始始的的表表面面加加工工痕痕迹迹，压压痕的痕的边边界比界比较较清晰清晰在垂直表面的方向上的在垂直表面的方向上的变变形最大形最大在在机机械械加加工工过过程程中中留留下下的的有有害害压压印印痕痕，是是机机械械失失效效的重要原因之一。的重要原因之一。3.3.机械接触的损伤痕迹机械接触的损伤痕迹压压入性机械痕迹的特点：入性机械痕迹的特点：在在摩摩擦擦过过程程中中形形成成的的（没没有有摩摩擦擦，就就不不会会产产生生滑滑动动性性的的机械痕迹）机械痕迹）亦可称为摩擦痕迹，它是
5、摩擦过程的真实记录。亦可称为摩擦痕迹，它是摩擦过程的真实记录。滑滑动动性机械痕迹性机械痕迹3.3.机械接触的损伤痕迹机械接触的损伤痕迹 a.犁痕犁痕(即划痕即划痕)：包括犁皱痕迹、犁削痕迹和犁碎痕迹：包括犁皱痕迹、犁削痕迹和犁碎痕迹 b.粘着痕迹粘着痕迹 c.摩擦疲劳痕迹摩擦疲劳痕迹 d.摩擦腐蚀痕迹摩擦腐蚀痕迹(复合型复合型)滑滑动动性机械痕迹的分性机械痕迹的分类类 3.3.机械接触的损伤痕迹机械接触的损伤痕迹4.4.电电接触接触损伤损伤痕迹痕迹 主要包括主要包括:电电腐腐蚀蚀(电电侵侵蚀蚀）痕迹）痕迹电电腐腐蚀蚀（表面）（表面）损伤损伤痕迹痕迹电电接触粘附接触粘附电电磨磨损损痕迹痕迹静静电
6、电痕迹痕迹5.5.热损伤热损伤痕迹痕迹 热热冲冲击击 具有如下一些痕迹特征：具有如下一些痕迹特征：表面可能烧熔，出现铸态熔坑、几何花样、交叉滑移表面可能烧熔，出现铸态熔坑、几何花样、交叉滑移表面烧蚀变色，失去金属光泽表面烧蚀变色，失去金属光泽表面龟裂，萌生热疲劳裂纹，并且出现多条热疲劳裂纹表面龟裂，萌生热疲劳裂纹，并且出现多条热疲劳裂纹5.5.热损伤热损伤痕迹痕迹 热热磨磨损损当固体物体相互滑过时，甚至在中等负荷和速度下都可能产生非常高当固体物体相互滑过时，甚至在中等负荷和速度下都可能产生非常高的表面温度。的表面温度。低熔点金属的低熔点金属的热污热污染染低熔点金属受低熔点金属受热热液化液化时时
7、若与固体金属表面直接接触，常使若与固体金属表面直接接触，常使该该固体金属固体金属浸湿而脆化，在拉伸浸湿而脆化，在拉伸应应力的作用下，从表面起裂，而裂力的作用下，从表面起裂，而裂纹纹尖端吸附低尖端吸附低熔点液熔点液态态金属原子，金属原子，进进一步降低固体金属的晶体一步降低固体金属的晶体结结合合键键强强度，度，导导致裂致裂纹纹脆性脆性扩扩展。展。常常导导致接触金属的脆性断裂，一般称作致接触金属的脆性断裂，一般称作液液态态金属脆金属脆。6.6.痕迹分析的一般程序痕迹分析的一般程序 寻寻找、找、发现发现和和显现显现痕迹痕迹痕迹的提取、固定、痕迹的提取、固定、显现显现、清洗、清洗、记录记录和保存和保存鉴
8、定痕迹鉴定痕迹进进行行针针对对性性的的检检验验，一一般般原原则则是是由由表表及及里里，由由简简而而繁繁，先先宏宏观观后后微观，先定性后定量微观，先定性后定量遵循形貌遵循形貌成分成分组织结构组织结构性能顺序性能顺序痕迹的模拟再现试验痕迹的模拟再现试验综合性分析综合性分析做分析结论并写出有建设性意见的报告做分析结论并写出有建设性意见的报告 2.裂纹分析裂纹分析第二讲 失效分析的基本理论和技术l裂纹裂纹和和断口断口是表述断裂失效过程不同阶段的术语。是表述断裂失效过程不同阶段的术语。l在在力力的的作作用用下下，零零件件表表面面或或内内部部的的连连续续性性遭遭到到破破坏坏而而未未最最终破断之前称为终破断
9、之前称为裂纹裂纹，最终破断的断裂面称为，最终破断的断裂面称为断口断口。l断裂经历断裂经历裂纹的萌生、扩展直至最终破断裂纹的萌生、扩展直至最终破断等不同阶段。等不同阶段。l断断裂裂过过程程的的每每一一阶阶段段会会在在断断口口上上留留下下相相应应的的痕痕迹迹、形形貌与特征。貌与特征。l断断口口和和裂裂纹纹分分析析就就是是通通过过对对这这些些痕痕迹迹、形形貌貌与与特特征征的的观观察察、鉴鉴别别及及分分析析，揭揭示示出出断断裂裂过过程程的的相相关关因因素素，从从而判明断裂失效的性质与机理。而判明断裂失效的性质与机理。l断口和裂纹分析是断裂失效分析的基础。断口和裂纹分析是断裂失效分析的基础。裂纹深度与断
10、裂强度的经验公式裂纹深度与断裂强度的经验公式断裂强度断裂强度 c与裂纹深度与裂纹深度a的平方根成反比：的平方根成反比：或 K非非一一般般的的比比例例常常数数，它它表表达达了了裂裂纹纹前前端端的的力力学学因因素素，反反映映材材料料抵抗脆性断裂能力的一个断裂韧性指标。抵抗脆性断裂能力的一个断裂韧性指标。1.裂纹分析的力学基础裂纹分析的力学基础 断裂韧性的基本概念断裂韧性的基本概念 (1)平面应力和平面应变的概念平面应力和平面应变的概念（a）带缺口的拉伸试样带缺口的拉伸试样 （b）平面应力状态（）平面应力状态（Z=0）（c）平面应变状态（）平面应变状态（Z=0）分析首断件的原则分析首断件的原则a.当
11、当各各断断裂裂件件中中，既既有有延延性性断断裂裂，又又有有脆脆性性断断裂裂时时，一一般般脆性断裂件发生在前，延性断裂件发生在后；脆性断裂件发生在前，延性断裂件发生在后；b.当当各各断断裂裂件件中中，既既存存在在脆脆性性断断裂裂件件，又又存存在在疲疲劳劳断断裂裂件件时，则疲劳断裂件应为首断件；时，则疲劳断裂件应为首断件；c.当当存存在在两两个个或或两两个个以以上上的的疲疲劳劳断断裂裂件件时时，低低应应力力疲疲劳劳断断裂件出现在前，而大应力疲劳断裂件出现在后；裂件出现在前，而大应力疲劳断裂件出现在后；d.当当各各断断裂裂件件均均为为延延性性断断裂裂时时，则则应应根根据据各各零零件件的的受受力力状状
12、态态、结结构构特特性性、断断裂裂的的走走向向、材材质质与与性性能能等等进进行行综综合合分分析与评定，找出首先断裂失效件。析与评定，找出首先断裂失效件。2 首断件的判定首断件的判定 案例：案例：2002年年某某燃燃机机热热电电厂厂燃燃气气轮轮机机发发生生事事故故。分分解解检检查查发发现现有有一一片片一一级级压压气气机机动动叶叶片片从从叶叶根根处处断断裂裂（1），其其余余一一级级动动叶叶片片全全部严重打伤。部严重打伤。燃气轮机叶片损伤情况燃气轮机叶片损伤情况案例：案例：1叶叶片片有有两两个个源源区区，一一处处在在叶叶盆侧中部，一处在排气边附近。盆侧中部，一处在排气边附近。1叶片断面上有明显的疲劳弧
13、线；叶片断面上有明显的疲劳弧线；1叶叶片片瞬瞬断断区区面面积积所所占占断断面面总总面面积积的的比比例例较较小小，两两个个疲疲劳劳区区扩扩展展的的很充分；很充分；进进气气导导叶叶和和其其它它压压气气机机叶叶片片呈呈瞬瞬断断或或被被打打伤伤，损损伤伤程程度度从从第第1级级到到第第17级逐渐减弱。级逐渐减弱。1叶片断口疲劳区形貌叶片断口疲劳区形貌1叶片为首断件，同时也是燃机致损的肇事件叶片为首断件，同时也是燃机致损的肇事件 3 主裂主裂纹纹及裂及裂纹纹源的判断源的判断 在机械事故分析中，当残骸拼凑之后，经常会碰到在同在机械事故分析中，当残骸拼凑之后，经常会碰到在同一失效件上出现多条裂纹，这就要求从中
14、准确地找出首一失效件上出现多条裂纹，这就要求从中准确地找出首先开裂的部位先开裂的部位主裂纹主裂纹。(a)“T”型法型法3 主裂主裂纹纹及裂及裂纹纹源的判断源的判断(b)分叉法分叉法（c）变形法）变形法 变形量大的部位为主裂纹，其它部位为二次裂纹变形量大的部位为主裂纹，其它部位为二次裂纹3 主裂主裂纹纹及裂及裂纹纹源的判断源的判断（d）氧化颜色法）氧化颜色法 氧化腐蚀比较严重、颜色较深的部位是主裂纹部位氧化腐蚀比较严重、颜色较深的部位是主裂纹部位 氧化腐蚀较轻、颜色较浅的部位是二次裂纹的部位氧化腐蚀较轻、颜色较浅的部位是二次裂纹的部位（e）疲劳裂纹长度法疲劳裂纹长度法 疲疲劳劳裂裂纹纹长长、疲疲
15、劳劳弧弧线线或或条条带带间间距距密密者者，为为主主裂裂纹纹或或主断口，反之为次生裂纹或二次断口。主断口，反之为次生裂纹或二次断口。3.断口分析断口分析第二讲 失效分析的基本理论和技术l断口分析一般包括断口分析一般包括宏观分析宏观分析与与微观分析微观分析两个方面两个方面l前前者者系系指指用用肉肉眼眼或或4040倍倍以以下下的的放放大大镜镜、实实体体显显微微镜镜对对断断口口进行观察分析，可有效地确定断裂起源和扩展方向进行观察分析，可有效地确定断裂起源和扩展方向l后后者者系系指指用用光光学学显显微微镜镜、透透射射电电镜镜、扫扫描描电电镜镜等等对对断断口口进进行观察、鉴别与分析，可以有效地确定断裂类型
16、与机理行观察、鉴别与分析，可以有效地确定断裂类型与机理l宏宏观观分分析析和和微微观观分分析析是是不不可可分分割割的的整整体体，二二者者不不可可互互相相取取代，只能互相补充、相互促进。代，只能互相补充、相互促进。l断断口口分分析析技技术术一一般般应应包包括括分分析析对对象象的的确确定定与与显显示示技技术术、观观察察与与照照相相记记录录技技术术、识识别别与与诊诊断断技技术术，定定性性与与定定量量分分析析技技术以及仪器与设备的使用技术等。术以及仪器与设备的使用技术等。1 断口断口观观察的原察的原则则目的性与客观性目的性与客观性全面性和典型性全面性和典型性受受动动性与主性与主动动性性感性因素与理性因素
17、感性因素与理性因素 2 断口宏断口宏观观分析分析 断口宏观分析断口宏观分析：指在各种不同照明条件下用肉眼、放大镜和：指在各种不同照明条件下用肉眼、放大镜和体视显微镜等对断口进行直接观察与分析。体视显微镜等对断口进行直接观察与分析。主要任务主要任务：确定断裂的类型和方式，为判明断裂失效的模式提供依据确定断裂的类型和方式，为判明断裂失效的模式提供依据 寻找断裂起源区和断裂扩展方向寻找断裂起源区和断裂扩展方向 估算断裂失效件应力集中的程度和名义应力的高低估算断裂失效件应力集中的程度和名义应力的高低 观察断裂源区有无宏观缺陷等观察断裂源区有无宏观缺陷等步骤：步骤：1.用肉眼观察断面形貌特征及其失效件的
18、全貌用肉眼观察断面形貌特征及其失效件的全貌2.包包括括断断口口的的颜颜色色变变化化，变变形形引引起起的的结结构构变变化化，断断口口附近的损伤痕迹等。附近的损伤痕迹等。3.2.对对主主要要的的特特征征区区用用放放大大镜镜和和体体视视显显微微镜镜进进行行进进一一步步的的观观察察4.确定重点分析的部位。确定重点分析的部位。重点注意观察以下七个方面的特征：重点注意观察以下七个方面的特征：断口上是否存在放射花样及人字纹断口上是否存在放射花样及人字纹断口上是否存在弧形迹线断口上是否存在弧形迹线断口的粗糙程度断口的粗糙程度断面的光泽与色彩断面的光泽与色彩断面与最大正应力的交角断面与最大正应力的交角(倾斜角倾
19、斜角)断口特征区的划分和位置、分布与面积大小等断口特征区的划分和位置、分布与面积大小等材料缺陷在断口上所呈现的特征材料缺陷在断口上所呈现的特征3 断口的微观分析断口的微观分析 主要指借助于显微镜对断口放大后进行的观察主要指借助于显微镜对断口放大后进行的观察 分为分为直接观察法直接观察法与与间接观察法间接观察法两种两种 直直接接观观察察法法主主要要是是使使用用体体视视显显微微镜镜、光光学学显显微微镜镜和和电电子子显显微镜对实际断口进行的直接观察。微镜对实际断口进行的直接观察。间间接接观观察察法法主主要要指指复复型型观观察察法法，即即以以断断口口为为原原型型，用用一一种种特特殊殊的的材材料料制制成
20、成很很薄薄的的断断口口“复复型型”，然然后后用用显显微微镜镜对对复复型型进进行观察分析，以揭示断口特征的分析方法行观察分析，以揭示断口特征的分析方法4 断口的特殊分析断口的特殊分析 在断口的分析中，可采用某些特殊的分析技术，其中主要在断口的分析中，可采用某些特殊的分析技术，其中主要的有的有断口剖面分析、断口蚀坑分析、断口定量分析、断口浮凸断口剖面分析、断口蚀坑分析、断口定量分析、断口浮凸测量测量等。等。断口剖面截取示意图断口剖面截取示意图(a)平行裂纹方向的截取平行裂纹方向的截取 (b)垂直裂纹方向的截取垂直裂纹方向的截取5 断口的定量分析断口的定量分析（相关章节会进行详细讲解）（相关章节会进
21、行详细讲解）4.失效预防与失效评估失效预防与失效评估第二讲 失效分析的基本理论和技术4 失效预防与失效评估 事事故故或或失失效效后后分分析析非非常常重重要要，必必需需分分析析失失效效性性质质和和原原因因，解解决决问问题题，预预防防类类似似事事故故的的重重复发生，以免造成更大的损失。复发生，以免造成更大的损失。但但是是，一一旦旦造造成成失失效效必必定定造造成成不不同同程程度度上上的的损损失失，有有些些事事故故要要从从根根本本上上进进行行解解决决需需要要付付出诸如改进设计、更换材料等巨大代价。出诸如改进设计、更换材料等巨大代价。事后分析事后分析事前预防事前预防4 失效预防与失效评估4 失效预防与失
22、效评估 中中国国有有很很多多古古训训，强强调调了了安安全全预预防防的的重重要要性性，在在现现实实生生活活中也具有重要的指导作用中也具有重要的指导作用:“万万事事防防为为先先”、“防防患患与与未未然然”、“防防微微杜杜渐渐”、“防防火重于灭火，隐患险于明火火重于灭火，隐患险于明火”。但但是是，在在实实际际生生活活中中，人人们们总总是是把把解解决决危危机机的的“灭灭火火者者”、“抗抗洪洪救救灾灾者者”看看成成英英雄雄，而而对对于于那那些些预预先先消消除除火火灾灾隐隐患患以以及那些植树种草预防水土流失的无名英雄却不屑一顾。及那些植树种草预防水土流失的无名英雄却不屑一顾。古代扁鹊古代扁鹊4 失效预防与
23、失效评估 预防失效需从设计、材料质量与可靠性入预防失效需从设计、材料质量与可靠性入手，从源头解决，在设计和研制阶段就要对关手，从源头解决，在设计和研制阶段就要对关键件和系统进行安全和失效评估。键件和系统进行安全和失效评估。大型构件设计设计制造制造装配装配使用使用维护维护存在不确定性因素存在不确定性因素外力外力工况不同而变工况不同而变偶然因素的影响偶然因素的影响构件的抗力构件的抗力材料组织不均匀材料组织不均匀内部缺陷随机分布内部缺陷随机分布加工制造不一致加工制造不一致4 失效预防与失效评估偶然性偶然性必然性必然性构件失效构件失效任任何何偶偶然然性性造造成成的的随随机机性性在在子子样样大大时时总总
24、体体上上必必然服从某些统计规律然服从某些统计规律为为构构件件安安全全可可靠靠性性评估提供了基础评估提供了基础4 失效预防与失效评估传统的安全传统的安全寿命设计寿命设计经典疲劳强度经典疲劳强度理论理论损伤容限设计损伤容限设计耐久性设计耐久性设计4 失效预防与失效评估要求结构在一定的使用期间内不产生疲劳裂纹；要求结构在一定的使用期间内不产生疲劳裂纹；以裂纹萌生作为寿命的终结，而未计及裂纹扩以裂纹萌生作为寿命的终结，而未计及裂纹扩展寿命；展寿命；未考虑在使用期间内如何实施检修制度，以排未考虑在使用期间内如何实施检修制度，以排除可能出现的意外损伤和初始缺陷；除可能出现的意外损伤和初始缺陷；4 失效预防
25、与失效评估传统的安全寿命设计传统的安全寿命设计安全寿命设计并不能保证安全安全寿命设计并不能保证安全 许多疲劳裂纹许多疲劳裂纹并未造成事故，但却严重影响飞行训练并未造成事故，但却严重影响飞行训练需需对对结结构构进进行行复复杂杂的的检检测测和和维维修修，使使飞飞机机的经济性变差的经济性变差可可能能因因少少数数飞飞机机的的个个别别部部件件裂裂纹纹不不可可修修理理,而而使使大大批批飞飞机机提提前前退退役役,更更会会造造成成极极大大的的资源浪费资源浪费 4 失效预防与失效评估经典疲劳强度理论经典疲劳强度理论名义应力应变法、局部应力应变法名义应力应变法、局部应力应变法在结构使用期间内允许存在初始缺陷或出现
26、疲劳裂纹在结构使用期间内允许存在初始缺陷或出现疲劳裂纹保证裂纹扩展速率较慢保证裂纹扩展速率较慢使使含含裂裂纹纹结结构构有有足足够够的的剩剩余余寿寿命命和和剩剩余余强强度度持持续续工工作作，直至下次检修时能够发现予以修复或更换直至下次检修时能够发现予以修复或更换不至由于裂纹对强度削弱过多而造成事故不至由于裂纹对强度削弱过多而造成事故损伤容限设计原则在寿命预估中未考虑裂纹的萌生阶段损伤容限设计原则在寿命预估中未考虑裂纹的萌生阶段4 失效预防与失效评估损伤容限设计损伤容限设计建立在安全寿命设计基础之上建立在安全寿命设计基础之上吸收了损伤容限设计的优点吸收了损伤容限设计的优点引入了经济维修的概念引入了
27、经济维修的概念利用利用“概率概率”方法估算结构使用寿命及维修周期方法估算结构使用寿命及维修周期4 失效预防与失效评估耐久性设计耐久性设计耐久性分析耐久性分析方法方法裂纹萌生方法裂纹萌生方法断裂力学方法断裂力学方法概率断裂力学概率断裂力学方法方法原始疲劳质量原始疲劳质量当量初始缺陷尺寸当量初始缺陷尺寸裂纹形成时间裂纹形成时间4 失效预防与失效评估当当量量初初始始裂裂纹纹尺尺寸寸概概率率分分布布：实实际际构构件件或或材材料料中中必必然然存存在在某某些些微微观观缺缺陷陷和和宏宏观观缺缺陷陷，由由该该缺缺陷陷或或裂裂纹纹扩扩展展至至临临界界裂裂纹纹的的寿命为构件的总寿命。寿命为构件的总寿命。原始疲劳质
28、量模型原始疲劳质量模型4 失效预防与失效评估英国英国PD6493的额质量带标准：的额质量带标准：首首先先用用无无损损检检测测方方法法检检测测体体积积型型缺缺陷陷的的性性质质和和大大小小，得得到焊接结构件的实际质量等级到焊接结构件的实际质量等级;由由该该结结构构所所要要承承受受载载荷荷大大小小和和所所要要求求的的服服役役寿寿命命，得得到到该结构所要求的质量等级该结构所要求的质量等级;如如果果实实际际质质量量等等级级小小于于或或等等于于所所要要求求的的质质量量等等级级，则则结结构是可靠的。构是可靠的。4 失效预防与失效评估基基于于初初始始疲疲劳劳质质量量和和裂裂纹纹扩扩展展速速率率的的构构件件寿命
29、估算方法：寿命估算方法：a N=a0i+aia0i=aN-ai 4 失效预防与失效评估Frost-Bugdale寿命预测模型寿命预测模型Ln(a)=N+ln(a0)或a=a0eN 4 失效预防与失效评估应应力力-强强度度分分布布干干涉涉理理论论：结结构构要要能能可可靠靠地地使使用用，其其强强度必须超过外载引起的总应力。度必须超过外载引起的总应力。一维动态应力一维动态应力-强度干涉模型强度干涉模型失效评估的基本方法失效评估的基本方法4 失效预防与失效评估4 失效预防与失效评估失效预防与失效评估举例 某型咖啡壶失效评估某型咖啡壶失效评估 4 失效预防与失效评估 某型咖啡壶美国设计、国内生产、美国某
30、型咖啡壶美国设计、国内生产、美国销售，已经通过十三类国际电气认证。生产销售，已经通过十三类国际电气认证。生产厂商寻求通过失效评估手段对该产品进行安厂商寻求通过失效评估手段对该产品进行安全性及功能性评估。全性及功能性评估。某型咖啡壶失效评估某型咖啡壶失效评估 分分解解、剖剖析析对对咖咖啡啡壶壶各各元元、器器件件的的特特性性、工工作作原原理理与与过程进行研究过程进行研究 模拟试验模拟试验对整个系统的工作流程进行实测对整个系统的工作流程进行实测 预制失效预制失效对系统的应激反应进行监测对系统的应激反应进行监测 元件性能检测元件性能检测 4 失效预防与失效评估 采用预先危险分析、失效模式与效果分析和故
31、障树分析等采用预先危险分析、失效模式与效果分析和故障树分析等失效评估方法，对咖啡壶系统进行了失效评估方法，对咖啡壶系统进行了失效评估失效评估。故障故障树树-咖啡咖啡壶壶高温高高温高压压蒸汽泄漏蒸汽泄漏 热电偶失效预制热电偶失效预制 蒸汽涌出情况蒸汽涌出情况 结结论论该该咖咖啡啡壶壶部部分分部部件件由由于于材料加工工艺问题存在安全隐患。材料加工工艺问题存在安全隐患。4 失效预防与失效评估 失效模拟试验失效模拟试验（FSTA）针针对对FMEA的的预预测测结结论论进进行行失失效效预预制制，并并监监测测系系统统的的应应激激反反应应，以暴露出系统存在的隐患。以暴露出系统存在的隐患。分析结论分析结论异异常
32、常的的剧剧烈烈振振动动是是导导致致导导管管从从焊焊缝缝区区疲疲劳劳开开裂裂的的根根本本原原因因。最最终终确确定定故故障障与与某某活活门门状状态态及导管的连接方式有关。及导管的连接方式有关。该型机为了解决输油卡滞故障对某活门状态进行了更改，虽然改善了卡滞故该型机为了解决输油卡滞故障对某活门状态进行了更改，虽然改善了卡滞故障，但在大输油流量下，活门的频繁打开与关闭使系统产生较大冲击，而冲障，但在大输油流量下，活门的频繁打开与关闭使系统产生较大冲击，而冲击压力波与燃油流动耦合引起了系统阵发高过载振动。击压力波与燃油流动耦合引起了系统阵发高过载振动。4 失效预防与失效评估某型飞机燃油导管裂纹漏油故障某
33、型飞机燃油导管裂纹漏油故障故障简介故障简介某某型型飞飞机机装装备备部部队队两两年年间间，共共有有6架架飞飞机机发发生生燃燃油油导导管管裂裂纹纹故故障障14起起，严严重重影影响响了了飞飞行行安全。安全。型号研制时间紧、任务重，新技术、新工艺、新产品大量应用，型号研制时间紧、任务重，新技术、新工艺、新产品大量应用，由于设计初期对工艺和产品缺乏必要的失效评估，导致该飞机在部由于设计初期对工艺和产品缺乏必要的失效评估，导致该飞机在部队的领先使用中暴露了大量成品及系统故障。队的领先使用中暴露了大量成品及系统故障。设计改进在改善某些方面的性能的同时也可能导致其它方面性能设计改进在改善某些方面的性能的同时也
34、可能导致其它方面性能的恶化，所以失效评估十分必要。的恶化，所以失效评估十分必要。如果在设计初期就对活门和油管连接方式进行系统的如果在设计初期就对活门和油管连接方式进行系统的失效评估失效评估，此，此类故障完全可以避免。类故障完全可以避免。4 失效预防与失效评估某型飞机燃油导管裂纹漏油故障某型飞机燃油导管裂纹漏油故障启启 示示故障简介：故障简介：某某型型发发动动机机在在进进行行150h摸摸底底试试验验时时发发生生故故障障，压压气气机机部部件件损损坏坏严严重重，二二、三三级级转转子子叶叶片片全全部部从从根根部部断断裂裂，离离心心叶叶轮轮也也发发生生严严重重损损伤伤。发发动动机机累累计计运运转转时时间
35、间67h11min。发发动动机机总总运运行行89h47min。故故障障压压气气机机二二、三三级级盘盘和和离离心心叶叶轮轮所所用用材材质质均均为为TC11钛钛合合金金，按按照照GJB2220-94标准进行验收。标准进行验收。二级盘二级盘三级盘三级盘离心叶轮离心叶轮4 失效预防与失效评估发动机压气机钛合金整体叶轮叶片断裂发动机压气机钛合金整体叶轮叶片断裂二二级级盘盘体体实实际际金金相相组组织织不不均均匀匀，大大多在多在710级级叶片部位金相组织高于叶片部位金相组织高于10级与级与故障的发生存在一定的关系故障的发生存在一定的关系二二级级盘盘叶叶片片体体实实际际金金相相组组织织高高于于10级级，即即原
36、原始始晶晶粒粒基基本本完完整整，且且晶晶界界初初生生未未发发生生明明显显的的变变形和破碎形和破碎对叶片部位的材质显微组对叶片部位的材质显微组织验收标准选用不当织验收标准选用不当早期的早期的失效评估失效评估对对盘盘体体和和叶叶片片部部位位材材质质的的金金相相组组织织要要求求进进行行分分析析研研究究，评评估估可可能能导导致致发发生生故故障的潜在因素障的潜在因素避免故障发生避免故障发生国国内内外外标标准准、研究成果研究成果盘体盘体110级级叶片叶片17级级4 失效预防与失效评估 断口1断口2断口3左左侧进侧进气道后气道后调节调节板外板外观观故故障障简简介介：某某型型飞飞机机在在空空中中飞飞行行时时听
37、听到到一一响响声声，飞飞机机飞飞回回检检查查发发现现，左左侧侧进进气气道道后后调调节节板板壁壁板板前前缘缘断断裂裂，除除在在发发动动机机内内部部找找到到一一小小块块前前缘缘残残骸骸外外，其其它它残残骸骸均未找到。均未找到。4 失效预防与失效评估某型飞机进气道调节板前缘断裂分析某型飞机进气道调节板前缘断裂分析 分析结论：分析结论：调节板壁板气流表面与横梁交界处的断裂为首先破坏调节板壁板气流表面与横梁交界处的断裂为首先破坏的位置，然后在金属铆接与壁板气流表面交界处发生的位置，然后在金属铆接与壁板气流表面交界处发生断裂断裂造成调节板壁板气流表面与横梁交界处发生断裂的原造成调节板壁板气流表面与横梁交界
38、处发生断裂的原因：该位置是结构和工艺的薄弱部位，主铺层组与弯因：该位置是结构和工艺的薄弱部位，主铺层组与弯曲铺层组之间可能的缺陷使得该部位发生断裂曲铺层组之间可能的缺陷使得该部位发生断裂4 失效预防与失效评估 进进气气道道调调节节板板表表面面与与横横梁梁的的交交界界处处T型型铺铺层层是是工工艺艺难难点点，容容易易产产生生缺缺陷陷，在在设设计计上上主主要要考考虑虑强强度度而而忽忽视视了了可能产生的工艺问题，而没有进行加固。可能产生的工艺问题，而没有进行加固。设设计计环环节节对对加加工工和和使使用用考考虑虑的的不不足足常常常常是是造造成成失失效效的的根根本本原原因因，如如果果加加强强早早期期的的失
39、失效效评评估估，对对设设计计有有效效性进行验证，可以有效的预防这类问题的出现。性进行验证，可以有效的预防这类问题的出现。4 失效预防与失效评估启示：启示：5.失效分析常用的检测技术失效分析常用的检测技术6.及选用原则及选用原则第二讲 失效分析的基本理论和技术l失失效效分分析析中中所所用用的的实实验验检检测测技技术术种种类类繁繁多多，涉涉及及到到物物理理、化化学学、力力学学、电电子子学学等等各各种种学学科科和和技技术术领领域域中中的的一一些些专专门门测测试试技技术术，其其中中金金相相检检验验、成成分分分分析析、无无损损检检测测和和常常规性能测试规性能测试等实验检测及分析技术应用更为常见。等实验检测及分析技术应用更为常见。l在在进进行行某某项项具具体体的的失失效效分分析析时时，究究竟竟应应该该选选用用哪哪些些检检测测技技术术，一一般般说说来来，应应根根据据失失效效现现象象的的复复杂杂程程度度，同同时时考考虑虑失失效效分分析析的的深深度度、时时间间性性和和经经济济性性，有有效效而而经经济济地地选选用检测技术。用检测技术。