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文檔簡介
U型螺栓疲勞斷裂原因分析
問題描述:8月31日反饋斷裂9月9日反饋斷裂斷口斷口
斷口狀態(tài):8月31日反饋的斷口狀態(tài)9月9日反饋的斷口狀態(tài)
斷口分析:根據(jù)斷裂力學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)記載,疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同,一般脆性破壞的斷口平直,呈有光澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的主要斷口特征是放射性和年輪狀花紋。
疲勞斷裂分為三個(gè)階段形成:①裂紋形成階段②裂紋擴(kuò)展階段③
疲勞斷裂階段疲勞斷口又分為三部分組成:①疲勞源區(qū)②疲勞擴(kuò)展區(qū)③疲勞瞬斷區(qū)①
疲勞源區(qū)(裂紋形成階段)②
疲勞擴(kuò)展區(qū)(裂紋擴(kuò)展階段)③疲勞瞬斷區(qū)(疲勞斷裂階段)
斷口判定:根據(jù)上面相關(guān)文獻(xiàn)所描述,以下兩種斷裂狀態(tài)符合疲勞斷裂的形態(tài)。①疲勞源區(qū)(裂紋形成階段)②疲勞擴(kuò)展區(qū)(裂紋擴(kuò)展階段)③疲勞瞬斷區(qū)(疲勞斷裂階段)①
疲勞源區(qū)(裂紋形成階段)②疲勞擴(kuò)展區(qū)(裂紋擴(kuò)展階段)③疲勞瞬斷區(qū)(疲勞斷裂階段)
疲勞的基本概念:材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下,在應(yīng)力集中部位逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷。或受外部影響在應(yīng)力集中部位產(chǎn)生的表面損傷,經(jīng)一定負(fù)載循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。疲勞對(duì)材料表面缺陷十分敏感,如腐蝕磕碰處在連續(xù)交變荷載作用下,會(huì)在缺陷部位逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展,直到最后被破壞。疲勞壽命:
疲勞破壞時(shí)所經(jīng)歷的應(yīng)力、應(yīng)變循環(huán)次數(shù)。一般發(fā)生在軸臂和圓角處應(yīng)力較為集中的部位。疲勞極限:指定基數(shù)下的中值疲勞強(qiáng)度,對(duì)當(dāng)循環(huán)基數(shù)為其他值時(shí),稱為該循環(huán)基數(shù)下的條件疲勞極限,有時(shí)簡稱為該循環(huán)基數(shù)下的疲勞強(qiáng)度。疲勞的分類:
根據(jù)循環(huán)荷載的幅值和頻率,疲勞可以分為等幅疲勞、變幅疲勞和隨機(jī)疲勞;根據(jù)材料破壞前所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)(即壽命)以及疲勞荷載的應(yīng)力水平,疲勞又可以分為高周疲勞、低周疲勞和亞臨界疲勞。等幅疲勞的特點(diǎn):材料在恒定、連續(xù)重復(fù)荷載的循環(huán)作用下裂紋生成、拓展以致斷裂破壞的現(xiàn)象。等幅疲勞重復(fù)荷載的數(shù)值不隨時(shí)間變化,所有應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅保持常量。容許應(yīng)力幅:當(dāng)材料受力部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅小于等于容許應(yīng)力幅時(shí),不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。容許應(yīng)力幅的計(jì)算公式:[△σ]:應(yīng)力幅;n
:循環(huán)次數(shù);c:材料參數(shù);β:材料參數(shù)容許應(yīng)力幅△σ與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系:△σ越大,破壞時(shí)循環(huán)次數(shù)n越少;△σ越小,破壞時(shí)循環(huán)次數(shù)n越多;各類結(jié)構(gòu)和連接類別的△σ-N曲線:σmax每次應(yīng)力循環(huán)中,計(jì)算部位的最大拉應(yīng)力(取正直);σmax每次應(yīng)力循環(huán)中,計(jì)算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力(取負(fù)直);設(shè)計(jì)應(yīng)力幅的取值:容許應(yīng)力幅模擬計(jì)算:例如:已知鋼筋受軸心拉力,截面為φ14,材料40Cr,硬度27-32HRC,性能等級(jí)9.8級(jí),抗拉強(qiáng)度≥900Mpa=138KN,保證應(yīng)力≥650Mpa=100KN。1、假設(shè),材料承受重復(fù)負(fù)載,循環(huán)次數(shù)為n=106次。2、假設(shè),材料質(zhì)量等級(jí)一級(jí),計(jì)算疲勞時(shí)屬于第3類?!窘狻坑杀?.1,查得C=3.26×1012
,
β=3當(dāng)
n=106次時(shí)的容許應(yīng)力幅為:計(jì)算應(yīng)力部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅:假設(shè),荷載標(biāo)準(zhǔn)值Nmax=20KN,Nmin=-2KN。△σ設(shè)計(jì)應(yīng)力幅<[△σ]容許應(yīng)力幅,因此疲勞強(qiáng)度滿足要求。U型螺栓軸向拉力應(yīng)力集中點(diǎn)高周等幅循環(huán)受力面杠桿重心磕碰腐蝕點(diǎn)145mmU型螺栓受力分析:1、假設(shè),軸向拉力:20000N;徑向受力:2000N;當(dāng)受力面重心偏移時(shí),軸向拉力和徑向受力將隨之增加;2、假設(shè),應(yīng)力集中點(diǎn)內(nèi)側(cè)受空間及外部因素因素產(chǎn)生磕碰或腐蝕,此時(shí)將給疲勞源區(qū)的生成創(chuàng)造條件;3、當(dāng)受力面重心偏移,應(yīng)力點(diǎn)產(chǎn)生磕碰腐蝕,此時(shí)容許應(yīng)力幅將大幅度下降,造成設(shè)計(jì)應(yīng)力幅的疲勞強(qiáng)度無法滿足要求。U型螺栓疲勞失效產(chǎn)生分析:空間太小,存在摩擦磕碰零件多處產(chǎn)生摩擦磕碰腐蝕點(diǎn)U型螺栓疲勞失效產(chǎn)生分析:裝配結(jié)構(gòu)受力面重心偏移后的壓痕受力面重心偏移后的壓痕受力面偏移
兩邊不對(duì)稱最終結(jié)論:根據(jù)我公司對(duì)故障件進(jìn)行常規(guī)檢測后,其材質(zhì)、性能、硬度、金相組織均能符合設(shè)計(jì)要求。(詳見附件:檢測記錄照片)最終我們根據(jù)貴公司所寄故障件的斷口失效形態(tài),以及貴公司所傳遞的現(xiàn)場裝配部位照片,最后結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)分析后發(fā)現(xiàn)如下幾點(diǎn)問題:
1、裝配過渡空間太小
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