机械零件失效分析刘瑞堂第一章.ppt

机械零件失效分析(Machine Element Failure Analysis) 刘瑞堂 编沈保罗讲 第一章 绪论 1.1失效与失效学 失效？ “产品丧失其规定功能的现象”称之为失效（Failure）。 失效学(失效分析)? 按照JIS (Japanese Industrial Standards) Z8115可靠性术语(1981年)规定, 失效分析被定义为：“研究产品潜在的或显在的失效机理、发生概率及失效的影响或为决定改进措施而进行的系统调查研究”. （广义上讲，医生看病就是进行失效分析） 机械产品(Machinery Products)的主要失效形式： 断裂(Fracture) 腐蚀(Corrosion) 磨损（Wear) 后两种也称合为表面损伤（Surface Damage）。 机械产品的失效程度 大致可分为三种类型： （1）完全丧失其规定的功能； （2）部分丧失其规定的功能，虽仍能工作，但已不能圆满地完成规定的任务； （3）严重损伤，再也不能安全地继续工作，此时应及时调换或修补。 产品失效的后果 引发事故，甚至重大的或灾难性的事故，造成危害，甚至生命财产的巨大损失（直接经济损失与间接经济损失）。 直接经济损失 泰坦尼克号邮轮与冰山相撞而倾覆； 飞机失事； 焊接轮船在低温航行时的断裂； 北欧焊接钢桥在寒冷冬季无人无车通过时突然坍塌； 据美国1982年统计，因机械零件断裂、腐蚀和磨损失效，每年造成的经济损失达3400亿美元，其中断裂失效造成的损失约为1190亿美元（占1/3）。 1980年3月27日，北海的石油钻探船Alexander Kielland号，由于连接五条立柱的水平横梁发生腐蚀疲劳断裂而完全倾覆，损失达几千万美元。 我国，机械零部件失效率也很高，由此造成的损失也是惊人的。1979年9月7日，我国某工厂氯气车间的液氯瓶爆炸，使10吨氯液（5.12地震期间有一化工厂氯液泄露，造成恐慌）外溢扩散，波及范围达7.35km2，致使59人死亡，779人中毒，直接经济损失达63万元。 1979年12月18日，我国某地煤气公司液化气厂发生了一起恶性爆炸事故，一台直径9.2m、容积400m3的球形液化气贮罐突然爆裂，从长13.5m、宽0.75m的裂缝喷出的液化石油气，遇明火而爆炸燃烧，引起附近三个400m3的球罐和一个50m3的卧式贮罐以及25m以外仓库中的5000个民用液化气瓶先后爆炸起火。大火燃烧了19 h，共烧掉液化石油气超过700吨，烧毁机动车15辆以及罐区全部建筑，死亡33人，受伤53人，直接损失达650万元。 1972年10月，一辆由齐齐哈尔开往富拉尔基的公共客车，行驶至嫩江大桥时因过小坑受到震动，前轴突然折断，致使客车坠入江中，造成28人死亡。 1982年3月12日，一列火车在运行中由于车轮发生崩裂而引起列车倾覆。 1979年5月30日，某发电厂2号机组在运行过程中突然发生剧烈振动和声响，经检查发现转轮上10个叶片全部断裂并脱落，叶片、叶轴碎裂成500多块。两台机组修复费用为110万元，因停机3年少发电1.2亿度。 失效不仅会给人们带来巨大的直接经济损失、同时也会造成惊人的间接经济损失。所谓间接经济损失，主要包括： （1）由于失效迫使企业停产或减产所造成的损失（云天化的甲醛预热器开裂，损失近亿元）； （2）引起其他企业停产或减产的损失； （3）影响企业的信誉和市场竞争能力所造成的损失。 间接经济损失 某大型化工企业因贮罐失效停产一天损失30万元，这样停产一个月就造成900万元的损失，建造一个新贮罐又需80万元。 某钢铁厂轧机的人字齿轮轴失效。修复轧机并不需巨款，而停产期间造成的间接经济损失却高达400余万元。 据有关部门统计，我国1973—1976年期间运行的209台汽轮发电机中，仅叶片断裂失效就达350余起，按每次增加检修期10天计算，每年要少发电10亿多度（损失几亿元）。 前苏联科学院亚库茨克分院在与我国东北毗邻的西伯利亚地区进行的低温脆断（我国今年初的冰雪灾害损失惊人）问题的调查表明，1960年冬季亚库茨克地区仅汽车车架、悬挂部件等的脆断，使运输能力减少约1900万t·km，相当于1万辆汽车的运输量，损失达200万卢布。 失效学（失效分析）的形成 为了防止失效现象的重复发生，提高机械产品质量，早在20世纪初，人们就开始对零构件的失效现象进行比较系统的分析研究；后来随着工程力学、材料科学及交叉学科的发展和电子光学仪器测试技术的进步，在对大量工程失效现