某型发动机架疲劳断裂分析与对策
机械结构的疲劳与断裂研究
机械结构的疲劳与断裂研究引言当我们使用机械设备时,疲劳和断裂是我们不可忽视的问题。
无论是大型机械设备还是小型家用电器,都可能因为长时间的使用而出现疲劳和断裂现象。
因此,对机械结构的疲劳与断裂进行研究是非常重要的。
本文旨在探讨机械结构的疲劳与断裂原因、预防措施以及相关的应用。
1. 疲劳与断裂基础知识1.1 疲劳和断裂的定义疲劳是指在循环或重复加载作用下,材料或结构会出现无明显塑性变形的损伤现象。
断裂则是指材料或结构在极端加载条件下发生失效,从而导致结构破裂或破碎。
1.2 疲劳与断裂的原因疲劳和断裂的原因有很多,主要包括以下几个方面:- 循环加载:长时间的循环或重复加载会导致结构发生疲劳,尤其是在高应力或低温环境下。
- 动态荷载:突然的冲击负载或振动荷载会导致机械结构疲劳和断裂。
- 材料缺陷:材料的内部缺陷、裂纹或瑕疵会导致结构的疲劳和断裂。
- 锈蚀和腐蚀:长期暴露在潮湿、腐蚀性介质中的机械结构会因锈蚀和腐蚀而发生疲劳和断裂。
- 热膨胀和热应力:由于温度变化引起的结构变形和应力集中会导致疲劳和断裂。
2.1 实验方法实验方法是疲劳与断裂研究的重要手段之一。
通过加载设备和传感器等实验工具,可以对机械结构进行加载实验,并记录下载荷、应变和断裂数据等信息。
实验方法可以帮助我们了解结构的疲劳寿命和失效机制。
2.2 数值模拟数值模拟是一种基于计算机模型的研究方法。
通过建立机械结构的数学模型,运用有限元分析等计算方法,可以模拟不同加载条件下结构的应力变化和位移变形等参数,进而预测结构的疲劳与断裂寿命。
3. 疲劳与断裂预防措施3.1 结构设计优化在机械结构的设计阶段,应该考虑结构的疲劳和断裂问题,并进行优化设计。
例如,合理选择和布置结构的构件和连接方式,减小应力集中情况,避免裂纹和瑕疵等。
3.2 材料选择和处理选择适合的材料对于减轻机械结构疲劳和断裂问题至关重要。
在选择材料时,需要考虑其强度、韧性和耐蚀性等因素。
此外,采取适当的材料处理方法,如热处理和表面处理,可以提高材料的抗疲劳和抗断裂性能。
疲劳断裂分析
损伤容限分析
总结词
损伤容限分析是通过评估结构中初始缺陷或损伤的扩展速率来预测结构剩余寿 命的方法。
详细描述
损伤容限分析关注结构中存在的初始缺陷或损伤,通过研究其在交变载荷作用 下的扩展行为,评估其对结构安全性的影响。该方法强调对损伤的监控和修复 ,以确保结构的长期可靠性。
有限元分析
总结词
有限元分析是一种数值模拟方法,用于预测结构的疲劳性能和寿命。
快。
解决方法
在设计阶段应考虑温度对结构的影响,选择适合工作环境的材料,并采取相应的热控制 措施,以保持结构的稳定性和耐久性。
加载频率
加载频率
加载频率对疲劳断裂有重要影响。高频 率的循环加载可以加速材料的疲劳损伤 ,降低结构的疲劳寿命;低频率的加载 则相对较慢。
VS
解决方法
根据实际工作需求,合理选择材料的加载 频率,并在设计阶段对不同频率下的疲劳 寿命进行评估,以确保结构的可靠性。
金属材料在循环应力作用下会 发生疲劳断裂,其疲劳极限取 决于应力幅和循环次数。
金属材料的疲劳裂纹通常起源 于表面缺陷,如划痕、缺口或 腐蚀坑。
金属材料的疲劳强度与材料的 纯度、晶粒大小、热处理状态 等密切相关。
高分子材料的疲劳特性
高分子材料在周期性应变作用下会发 生疲劳断裂,其疲劳极限取决于应变 幅和循环次数。
重要意义。
疲劳断裂的类型
高周疲劳
低周疲劳
材料在循环应力水平较高时发生的疲劳断 裂,通常与材料的屈服极限或强度极限有 关。
材料在循环应力水平较低时发生的疲劳断 裂,通常与材料的应变硬化行为有关。
热疲劳
接触疲劳
由于温度变化引起的热应力循环导致的疲 劳断裂,常见于热膨胀系数较大的材料或 高温环境下工作的部件。
机械结构疲劳与断裂性能研究
机械结构疲劳与断裂性能研究引言:机械结构疲劳与断裂性能是一个关键的研究领域,它涉及到各种工程材料和结构的寿命分析和设计。
随着工程技术的不断发展,越来越多的机械结构需要在恶劣环境和高强度工况下工作,因此对于疲劳与断裂性能的研究变得非常重要。
疲劳性能与断裂性能:机械结构的疲劳性能是指在循环加载下材料或结构经历疲劳寿命之前产生裂纹和失效的能力。
机械结构疲劳和断裂性能是相互关联的,因为疲劳载荷会加速断裂的发生。
疲劳寿命和断裂性能是工程设计和材料选择的关键因素之一。
研究方法:研究机械结构疲劳与断裂性能的方法有很多种,其中最常用的方法之一是实验研究。
实验研究可以通过在不同的加载条件下对材料和结构进行测试来评估其疲劳性能和断裂特性。
这些测试可以通过应力-应变曲线、疲劳寿命曲线和断裂韧性等参数来衡量。
另一种研究方法是数值模拟,通过建立材料和结构的数学模型来分析其疲劳和断裂行为。
数值模拟可以提供更详细和全面的信息,如应力分布、裂纹扩展轨迹和疲劳寿命预测。
影响因素:机械结构的疲劳与断裂性能受到多种因素的影响,其中最主要的是材料的力学性能和结构设计的合理性。
材料的力学性能包括强度、韧性和硬度等。
结构设计的合理性涉及到载荷、几何形状和连接方式等因素。
此外,温度、腐蚀、应力集中和加载频率等环境因素也对机械结构的疲劳与断裂性能有重要影响。
应用:机械结构疲劳与断裂性能的研究对于各行各业的工程应用具有重要意义。
例如,在航空航天行业,机械结构必须能够承受极高的应变和温度变化。
同时,在汽车工业中,机械结构需要具有较长的使用寿命和高可靠性。
因此,对于机械结构的疲劳与断裂性能研究,可以为各个工程领域提供更安全和可靠的设计。
未来发展:随着新材料的不断涌现和工程设计的不断创新,机械结构疲劳与断裂性能的研究将继续深入。
同时,随着计算力的提升和数值模拟技术的发展,数值模拟将成为研究疲劳与断裂性能的有力工具,能够更准确地预测材料和结构的疲劳寿命和断裂特性。
简述疲劳断裂的原因和提高零件疲劳强度的方法
简述疲劳断裂的原因和提高零件疲劳强度的方法下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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材料疲劳断裂的改善方法
材料疲劳断裂的改善方法
材料疲劳断裂是指材料在受到循环载荷作用下逐渐发展并最终导致断裂的现象。
为了改善材料的疲劳断裂性能,可以采取以下方法:
1. 材料选择,选择具有较高抗疲劳性能的材料,如高强度钢、铝合金等,以提高材料的抗疲劳能力。
2. 表面处理,通过表面处理方式如喷丸、表面渗碳、氮化等提高材料表面的强度和耐疲劳性能,延长材料的使用寿命。
3. 结构设计,合理设计零部件结构,避免应力集中和缺口等缺陷,采用圆角、过渡半径等设计措施,减小应力集中,从而提高疲劳强度。
4. 表面涂层,采用表面涂层技术,如热喷涂、镀层等方式改善材料的表面性能,提高抗疲劳性能。
5. 热处理,通过热处理方式如回火、正火等改善材料的组织结构和性能,提高材料的抗疲劳能力。
6. 残余应力控制,通过冷加工、热处理等方式控制材料的残余
应力,减小应力集中,提高疲劳寿命。
7. 疲劳监测与预测,建立疲劳损伤的监测与预测体系,对材料
进行定期检测,及时发现疲劳损伤并采取相应措施。
综上所述,改善材料疲劳断裂的方法包括材料选择、表面处理、结构设计、表面涂层、热处理、残余应力控制以及疲劳监测与预测
等多种途径,通过综合应用这些方法可以有效提高材料的抗疲劳性能,延长材料的使用寿命。
发动机进气歧管支架疲劳开裂分析与优化
发动机进气歧管支架疲劳开裂分析与优化
王振;张育春;李文辉;贺礼
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】针对某1.5 L自然吸气发动机在台架试验过程中出现进气歧管固定支架开裂的问题,开展了原因分析及设计优化。
电镜分析结果表明,开裂支架断口处存在疲劳辉纹,经发动机台架振动测试及试验边界排查发现进气歧管远端振动大导致共振是支架开裂的主要原因,将支架材料由SUH409L调整为QT500,并进行了仿真及试验验证,进气歧管支架均未发生开裂现象,确定了方案的有效性。
【总页数】5页(P34-38)
【作者】王振;张育春;李文辉;贺礼
【作者单位】宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U464.149
【相关文献】
1.天然气发动机进气歧管的仿真分析与优化
2.汽油发动机进气歧管NVH性能分析及优化
3.发动机排气歧管热疲劳开裂试验优化设计
4.某发动机进气歧管的CFD分析及优化
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关于飞机结构疲劳强度与断裂分析
∂U GI = + ∂A
1.1.2 GI的柔度公式
将上述两种情况的GI统一写成如下形式
∂U GI = ± ∂A
式中,对固定边情况取负号,表示裂纹扩展时应变能减少; 对固定载荷情况取正号,表示裂纹扩展时应变能增加。应 变能释放率这一名词使人误解为应变能减少,实际不然, 因此有的书称GI为裂纹扩展力。
GI= GIC
1.1.1 能力释放率与G准则
对于无限大玻璃板中心裂纹受拉力作用,而且两端 固定边界情况,有
dU σ 2πa dS GI = = , GIC = = 2γ dA E dA
则
σ 2π a
E
= 2γ
σc =
2Eγ πa
则临界应力为 则临界裂纹长度为
称为剩余强度
ac =
2Eγ
πσ 2
1.1.1 能力释放率与G准则
U=
πσ 2 a 2 B
E
另一方面,裂1.1 能力释放率与G准则
因此,有
d (U − S ) > 0 dA d (U − S ) = 0 dA d (U − S ) < 0 dA
裂纹不稳定 临界状态 裂纹稳定
1.1.1 能力释放率与G准则
以GI=dU/dA代表应变能释放率, GIC=dS/dA代 表吸收的能量,下标I代表I型裂纹,则裂纹的临界 条件为
1.1.2 GI的柔度公式
1)固定位移情况 当裂纹面积增加dA时,由状态a到b,在这一过程中体系 的应变能减少,减少量为△oac-△obc。此释放出的应变 能作为裂纹扩展所需要的功。
∂U GI = − ∂A
1.1.2 GI的柔度公式
2)固定载荷情况 在这一过程中体系的应变能增加,增加量为△obc△oad。此时外力功为□abcd,外力功部分提供给增加 的应变能外,还有剩余功等于△oab,这部分功使裂纹扩 展。
机械结构疲劳与断裂分析
机械结构疲劳与断裂分析机械结构在长时间的使用过程中,常常会经历重复加载的工况。
这种重复加载会导致材料内部的应力积累,最终引发疲劳和断裂问题。
疲劳和断裂是机械结构设计中非常重要的考虑因素,对于确保结构的可靠性和安全性至关重要。
疲劳是材料在循环加载下发生的失效现象。
常见的疲劳失效模式包括裂纹萌生、裂纹扩展和最终破裂。
疲劳失效往往不会在单次加载时发生,而是在多次加载过程中逐渐积累应力,从而导致裂纹的形成和扩展。
裂纹的萌生过程是一个非常重要的阶段,因为一旦裂纹形成,它就会作为一个应力集中点,导致应力集中的增加和破坏的风险。
为了预测结构的疲劳寿命,工程师需要对裂纹的萌生和扩展进行分析,使得结构在设计寿命范围内保持安全可靠。
疲劳寿命的预测主要依赖于材料的疲劳性能和应力历程的分析。
对于材料的疲劳性能,往往通过实验测试来获取。
通过在实验室中对材料进行疲劳试验,可以得到应力幅与循环寿命之间的关系曲线,通常被称为疲劳曲线。
这个曲线描述了材料在一定应力水平下的疲劳寿命,可以作为预测结构寿命的依据。
应力历程的分析是指对于特定工况下的应力情况进行计算和分析。
通常,通过有限元分析来得到结构的应力分布情况,然后与疲劳曲线进行对比,可以得到结构的疲劳寿命。
当结构的疲劳寿命小于使用要求时,需要采取相应的措施,例如增加材料强度、改变结构设计或者增加循环间隔等。
断裂是机械结构失效的另一种形式。
与疲劳不同,断裂更多地涉及到结构的强度问题。
当结构内部应力超过了材料的强度极限时,就会发生断裂。
断裂失效常常是突然发生的,很少有明显的预兆。
因此,对结构的断裂强度进行评估和分析,是确保结构安全的关键。
在分析断裂强度时,需要确定结构所受的最大载荷和应力状态,这可以通过有限元分析和试验测试来获得。
同时,还需要考虑不同材料之间的断裂性能差异,以确保结构在设计寿命内不会发生断裂。
除了疲劳和断裂分析,还有一些其他的结构分析方法,可以帮助工程师更好地评估结构的可靠性和安全性。
某型发动P"2导管疲劳断裂故障研究
导管是航空发动机 中一个重要的组成部分 ,利用 导管来输送燃油 、滑油 、液压油 、空气和氧气等工作 介质 ,其工作可靠性直接影 响着发动机整机工作 的可 靠性 …。在发动机研制 、生产与使用 中. ,曾多次发生 过 因管路故 障而影 响发动机 的研制 、交付和安全使用 等 。例如 ,在 2 0 0 9 -2 0 1 1年 的两 年期 间 内,某 系 列 发动机就发生过 5起导管断裂事 故 ,严 重影 响发动机 外场安全使用 。 某 型发 动机 P :导管 ,又称 之为 “ u型管 ” ,该 导管 在 外 场 使 用 过 程 中经 常 发 生 裂 纹 或 断 裂故 障。裂 纹 或 断 裂 故 障 的位 置 在 导 管 两 端接 头 焊 缝 处 ,相 对 来说 ,三 通 接 头 焊 缝 处发 生故障更 多一些 ,
mo n i c r e s p o n s e c lc a u l a t i o n .C o mp a r i n g t h e t wo r e f o r m p l a n s t h r o u g h s i mu l a t i o n,t h e b e t t e r o n e wa s c h o s e n b y c o mp r e h e n s i v e l y a n ly a - s i s .F i n a l l y,t h e f e a s i b i l i t y o f t h e r e f o r m p l a n i s v a l i d a t e d b y t h e s t r a i n me a s u r e me n t t o t h e P " 2 p i p e .
某型航空发动机引接管断裂故障分析
常 工作 并造 成安全 隐 患 。 型 发动机 引接 管材料 为 高 某 温 合 金 G 5 6其 与球 头 之 问采 用 真 空钎 焊 T艺 , H3, 在 使 用过 程 中发生 了断裂 故 障。 本 文对 故障 引接管 进行 了外 观检查 、断 口分析 、 解 剖分 析及 金相检 查 等 ,确 定 了故障 件 的断裂 性质 ,
挤压 、 摩擦痕迹 。 口较平坦 , 断 呈 灰 白色 , 见明显 的塑性 变 末 形 ,n l 所示 。  ̄ l #1 图 1 故障引接管断裂位置
分 析 了断裂 原 因 , 最后 提 出了改进 建议 。
于 2根 引接 管之 间钎焊 焊接 根部 的外表 面 ( 2中箭 图
头 所指处 )该 起源 区未 发现 明显 的冶金 缺陷 。 ,
1 检 查 与 分 析 结 果
11 外 观检 查 。
故 障 引接 管 断 裂 位 置 在
2根 引 接 管 之 间钎 焊 焊 接 处
Ab t c :T e fa t r al r fa t s re p p o n a r e gn s a ay e . e s r t h r cu e f i e o n i u g i e f ra e o n i e wa n lz d Th a u -
ma r b ev t n r c u e a ay i,ds e t n a ay i a d mealg a h c a ay i e e co o s r a i ,f t r n l ss is ci o a o n lss n tl rp i o n l ss w r c mp ee . h e u t s o h t h r cu ep o e t f n i s r ep p sh g y l ai u o lt d T e r s ls h w t a efa t r r p r o t u g i e i ih c ce f t e t y a - g
航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化
航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化发布时间:2021-04-09T11:27:51.757Z 来源:《基层建设》2020年第29期作者:李牧宇张学良许金鹏曹博[导读] 摘要:目前,振动疲劳寿命分析方法主要有2种:基于PSD的频域法和基于统计计数的时域法。
空军航空大学初级飞行训练基地第四训练团辽宁锦州 121000摘要:目前,振动疲劳寿命分析方法主要有2种:基于PSD的频域法和基于统计计数的时域法。
时域法是一种传统分析方法,能得到比较准确的损伤估计结果,但需要采集长时间的数据信号才能准确描述一个随机振动过程,因此循环计数工作量大且效率极低。
基于PSD的频域法不需要循环计数且计算数据量小,因此被广泛应用于机载设备的振动疲劳分析。
本文针对某航空发动机维修过程中常见的机匣处电磁阀支架零件的疲劳失效问题,利用ANSYSWorkbench振动分析模块和n Code DesignLife中的频域法进行振动疲劳有限元仿真,根据分析结果对结构设计提出改进建议。
关键词:航空发动机;支架;振动;疲劳引言航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,是航空飞行的动力核心,其工作状态稳定与否直接影响着飞行安全系数。
经过百余年的发展,航空发动机已逐渐发展成为较为稳定可靠的产品,且依照航空飞行的不同动力需求,拥有涡轮喷气发动机、冲压式发动机等多种类型。
航空发动机虽然能够满足航空飞行需求,但仍旧存在小概率的安全隐患。
基于当前的航空飞行实践经验可知,在航空飞行中发动机整机振动故障时有发生,整机振动故障影响发动机工作,同时影响到整个航空飞行的各种附件、仪表等参数的准确性。
一旦发生发动机整机故障就需要进行维修、替换,大批量的发动机提前返场,不仅仅提升了飞机的造价标准,增加维修费用,更导致社会资源的浪费,因此做好对航空发动机振动故障的排查和控制至关重要。
1 Dirlik随机振动分析模型基于nCode DesignLife软件的振动疲劳计算主要包括Lalanne、Narrow Band、Steinberg和Dirlik等方法,均利用统计学参数确定循环次数。
发动机散热器支架断裂原因分析
面状态进 行对 比研究 , 有效避免 了此类故障的发生。 [ 关键词 ]钛合金支架 ;断裂 ;疲劳 ;电加工重熔层 ;微裂纹 [ 中图分类号 ]V 2 . 283 [ 文献标志码 ]A d i 0 3 6 /.s .6 36 1 .0 20 . 1 o:1 .9 9 jis 17 -2 4 2 1 .3 0 4 n
得 以广泛 地应 用 , 种 钛 合 金零 部 件 的失 效 问题 各
金部件的加工与使用具有借鉴作用。
1 试 验 过 程 与 结 果
1 1 外观 检查 .
故 障支架 断裂 部位 如 图 1 示 。支架 表 面加 所 工较 粗 糙 , 暗灰 色 , 明显 的线 切 割 电加 工 痕 呈 有
m ir b e v to c o o s r a in, mir sr c u e x m iai n nd r c s c n rs a ayss The e ut s o c o tu t r e a n to a p o e s o ta t n l i. r s ls h w t t h r cur mo e f te ha te fa t e d o h
因素 , 制定 改进 措施 提供试 验 依据 , 为 对今 后钛 合
0 引言
钛合 金 具有 高 比强度 、 宽 的工 作 温度 范 围 、 较 优 异 的腐 蚀 抗力 和 与 复 合 材 料较 好 的相 容 性 , 大 量应 用 于航 空 、 天及 舰 艇 等 军 工 领 域 ¨ 。在 航 航 J 空 发动 机上 采用钛 合 金 , 减轻 发 动机 重量 、 对 提高 推重 比具 有 深 远 意义 。 目前 , 先进 发 动 机 的风 扇 及压 气机 叶 片 、 气 机 盘 和 机 匣 等 大 多 由钛 合 金 压 制造 , 其使 用 比重 已 达 2 % ~ 0 。随 着钛 合 金 5 4%
断裂分析报告
断裂分析报告1. 引言断裂分析是一项关键的工程技术,旨在确定材料或结构发生断裂的原因和机制。
通过对断裂现象的全面研究和分析,可以帮助我们深入了解材料和结构的性能,并提出相应的改进措施,以确保产品的可靠性和安全性。
本报告旨在对某一具体断裂案例进行分析和评估,并提供相应的结论和建议。
2. 案例描述本次断裂分析的案例是一辆汽车发动机的曲轴断裂。
该发动机在正常运行时突然发生了断裂,并导致车辆失去动力。
通过初步观察,断裂发生在曲轴的主轴向。
我们将对曲轴的断裂进行详细的分析,以找出断裂的具体原因。
3. 分析方法断裂分析的基本流程包括断裂表面观察、宏观和显微组织分析、化学成分分析和机械性能测试等步骤。
我们将依次展开以下分析工作:3.1 断裂表面观察对断裂曲轴进行显微观察,观察断裂面的形态、纹理和其他细节特征。
通过断裂表面的形貌分析,可以初步判断断裂方式和断裂的起点位置。
3.2 宏观和显微组织分析在确保安全的前提下,对曲轴进行切割和磨砂处理,以获取宏观和显微组织的截面。
通过显微观察和金相显微镜下的组织分析,可以确定曲轴的材料类型、组织结构和可能存在的缺陷。
3.3 化学成分分析通过对曲轴样品进行化学成分分析,可以确定材料的成分是否符合设计要求。
化学成分的异常可能导致材料的强度和韧性下降,从而引发断裂。
3.4 机械性能测试对曲轴样品进行硬度测试、拉伸测试和冲击测试,以评估材料的力学性能。
机械性能的异常表现可能是断裂发生的重要原因之一。
4. 分析结果与讨论通过上述分析方法,我们得出了以下结论:4.1 断裂表面观察断裂表面呈现典型的可见的断裂特征,包括断口凹陷、裂纹扩展区域和断口的疲劳纹。
4.2 宏观和显微组织分析通过截面观察和金相显微镜观察,我们确定该曲轴的材料为热处理的高强度合金钢,并未发现明显的组织缺陷。
4.3 化学成分分析化学成分分析结果显示,该曲轴的成分符合标准要求,不存在显著的成分异常。
4.4 机械性能测试硬度测试显示该曲轴的硬度值在合理范围内;拉伸测试结果显示该曲轴的抗拉强度和屈服强度满足设计要求;冲击测试结果显示该曲轴的韧性良好。
车架疲劳断裂损坏的焊接修复
车架疲劳断裂损坏的焊接修复车架是汽车的主要承载件,无论汽车处于静态还是动态,都要承受相应的载荷,很容易产生弯曲变形、甚至断裂。
为此,对车架的焊接修复至关重要,而所采用的修复方法、修复要点及焊接工艺等内容对保证汽车焊接质量和安全运行起着非常重要的作用。
车架疲劳断裂损坏的原因分析车架是汽车装配的基础,汽车的绝大部分部件和总成其位置都是通过车架来固定的。
因此,车架是汽车的主要承载件,汽车处于静态时,车架所受载荷为静载荷。
它包括车架和车身的自身质量及安装在车架上各总成与附件的质量,有时还包括乘客和行李的质量。
汽车处于动态时,车架承受的载荷为动载荷。
汽车在平坦的道路上以较高车速行驶时会产生垂直动载荷,它的大小取决于作用在车架上的静载荷及其在车架上的分布,同时,还取决于静载荷作用处的垂直加速度值。
受这种载荷作用,车架会产生弯曲变形。
汽车在崎岖不平的路面上行驶时,前后几个车轮可能不在同一平面上而产生斜对称动载荷,这主要是汽车在不平道路上行驶产生的。
其大小取决于道路不平整度以及车身、车架和悬架的刚度。
受这种载荷作用,车架也会产生扭转变形。
另外,由于汽车的使用工况不是固定的,而是受道路、气候条件及其它因素影响而产生相当频繁且无规律的变化。
因此,车架所受动载荷除以上两种外,还将承受其它一些动载荷的作用。
例如,当汽车加速或制动时,会导致车架前、后部分的载荷重新分配;汽车转弯时,离心力将使车架受到侧向力的作用;经常行驶于坏路的汽车,还承受冲击载荷的作用等;当前一轮正面撞在路面凸包上时,将使车架产生水平方向的剪切变形;安装在车架上的各总成工作时所产生的力等;这些无规律且不断变化的载荷引起车架变形的形式和状况也是随机的。
因此,车架的基本变形除纯弯曲、纯扭转变形外,还有弯曲与扭转的复合变形。
通常,车架承受的是无规律的交变重复载荷,车架的损坏主要是疲劳损坏,其主要形式是断裂,而疲劳裂纹则起源于纵梁或横梁的边缘处。
车架的焊接修复事项发现纵、横梁开裂应及早修理,避免裂纹扩展,增加修理难度,甚至引起相关零件的损坏。
疲劳断裂机理及对策
疲劳断裂机理及对策疲劳断裂是一种材料在长时间的应力循环作用下,由于应力集中、应力腐蚀、氧化、温度变化等因素引起的断裂。
疲劳断裂对材料的安全性和可靠性有着重要影响,因此应该进行深入的研究和对策制定。
本文将对疲劳断裂的机理及对策进行详细阐述。
疲劳断裂机理主要有以下几个方面:应力集中、细观损伤、晶格滑移等。
应力集中是疲劳断裂机理中最主要的因素之一、在材料中存在缺陷、夹杂物、焊缝等应力集中点,往往是疲劳裂纹的起始点。
此外,在材料内部存在着各种微观缺陷,这些细观损伤对材料的疲劳寿命也有着显著的影响。
晶格滑移是一种由于材料内部原子或离子的位置改变所导致的位错的运动,这种运动也会引起疲劳断裂。
针对疲劳断裂机理,可以采取以下对策来减轻其影响。
首先,应通过科学合理的设计来减小应力集中,例如对部件的结构进行优化。
其次,应考虑材料的微观缺陷,并选择合适的材料来减小缺陷的存在。
此外,还可以通过表面处理来提高材料的疲劳寿命,例如采用喷丸、抛光等方法来消除表面缺陷。
此外,还可以通过热处理、表面改性等方法来提高材料的抗疲劳性能。
最后,在实际应用中,应加强对材料的监测和检测,及时发现并修复可能会引起疲劳断裂的缺陷和损伤。
疲劳断裂的对策措施还包括应力腐蚀、氧化和温度变化等因素的控制。
应力腐蚀是由于材料在化学环境中受到应力作用而引起的一些特殊性质的腐蚀,这种腐蚀会降低材料的强度和韧性,增加疲劳断裂的风险。
因此,在设计和制造材料时,应避免材料与腐蚀介质接触,或选择抗腐蚀性能好的材料。
氧化是指材料与氧发生反应形成氧化物,其存在会降低材料的强度和韧性,增加疲劳断裂的风险。
在高温环境中,还会加速氧化反应的进行。
因此,在设计和制造材料时,应避免材料与氧接触,或选择耐氧化性能好的材料。
温度变化会引起材料的热膨胀和收缩,从而产生热应力,进而导致疲劳断裂。
因此,在设计和制造材料时,应合理考虑热膨胀和收缩的影响,选择能够适应温度变化的材料。
总之,疲劳断裂机理及其对策是提高材料的安全性和可靠性的重要内容。
航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化
航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化作者:王云鹏肖伟田肖庆曾超罗少敏贾赟来源:《计算机辅助工程》2020年第04期摘要:針对某型航空发动机支架零件侧面根部经常出现疲劳裂纹的问题,基于功率谱密度(power spectral density, PSD)通过谐响应分析推导疲劳损伤传递函数,使用ANSYS Workbench搭建振动疲劳分析流程,结合模态信息使用Dirlik方法在nCode DesignLife中进行疲劳求解。
仿真结果表明,该支架零件侧面根部的疲劳裂纹主要是由倒角半径过小导致的。
发动机工作时可与支架零件产生2个共振带,虽然增大倒角半径有利于避开支架零件的2阶共振带,但是降低支架零件根部应力集中水平才是提高零件使用寿命的直接方法。
当零件侧面根部倒角半径增大为2.5 mm时,支架零件的使用寿命最大。
若配合零件背面根部倒角尺寸进行优化设计,可进一步提高零件的使用寿命。
关键词:航空发动机; 支架; 振动; 疲劳; 功率谱密度; 谐响应; 有限元中图分类号: V233; TB115.1文献标志码: BVibration fatigue and structural optimization of aeroengine support partWANG Yunpeng1, XIAO Wei1, TIAN Xiaoqing1, ZENG Chao2, LUO Shaomin2, JIA Yun2(1. Technical Department, AVIC Guizhou Aero Engine Maintenance Co., Ltd., Zunyi 563114, Guizhou, China;2. School of Aerospace Engineering, Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550003,China)Abstract:As to the frequent fatigue cracks on the side root of an aeroengine support part, the fatigue damage transfer function is derived by harmonic response analysis based on power spectral density (PSD). ANSYS Workbench is used to simulate the vibration fatigue analysis process, and Dirlik method is used to solve fatigue in nCode DesignLife combining with modal information. The simulation results show that the fatigue cracks at the side root of the support part are mainly caused by the too small chamfer radius. During engine operation, two resonance bands appear on the support part. Although increasing the chamfer radius is beneficial to avoid the second order resonance band of the support part, but the direct way to improve the service life is reducing the stress concentration level at the root of the support part. While the side root chamfer radius increased to 2.5 mm, the service life of the support part is the maximum. While the chamfer size of the back part is optimized,the service life can be further improved.Key words:aeroengine; support part; vibration; fatigue; power spectral density; harmonic response; finite element0 引言疲劳破坏理论自19世纪40年代被提出以来一直广受关注。
机械工程中的材料疲劳与断裂分析
机械工程中的材料疲劳与断裂分析随着科技的不断发展,机械工程在各个行业中扮演着重要的角色。
而在机械设计中,材料的疲劳与断裂分析是至关重要的一项技术。
本文将深入探讨机械工程中的材料疲劳与断裂分析,从材料疲劳过程的基本原理、常见的材料断裂模式以及分析方法等方面进行论述。
首先,我们来谈谈材料的疲劳过程。
疲劳是材料在循环加载下逐渐累积损伤并最终发生断裂的现象。
常见的疲劳过程可以用疲劳曲线来描述,即S-N曲线。
疲劳曲线显示了应力与循环寿命之间的关系。
在开始加载时,材料会逐渐发生微裂纹,这些微裂纹将随着循环次数的增加不断扩展。
当裂纹达到一定长度时,材料就会发生断裂。
因此,对于机械设计师来说,准确预测材料的疲劳寿命是十分重要的。
其次,我们将讨论常见的材料断裂模式。
根据断裂的特点和模式,材料的断裂可以分为拉伸断裂、压缩断裂、剪切断裂和扭曲断裂等几种类型。
拉伸断裂是指材料在拉伸载荷下发生断裂,其特点是断口平整且具有明显的颈缩。
压缩断裂则是材料在压缩载荷下发生断裂,其断口呈现出一些平行的薄片结构。
剪切断裂是材料在剪切力作用下发生断裂,其断口呈现出倾斜和切割痕迹。
扭曲断裂则是材料在扭转载荷作用下发生断裂,其断口呈现出螺旋形结构。
通过对这些不同的断裂模式进行分析,我们可以更好地理解材料破坏的机理,并从中获取有关材料强度和韧性的信息。
进一步谈及材料疲劳与断裂的分析方法。
在机械工程中,有几种常用的分析方法可用来评估材料的疲劳和断裂性能。
其中最常见的方法之一是有限元分析。
有限元分析是一种基于数值计算的方法,通过将材料分割成小的有限元,然后利用数学模型和方程求解材料在加载下的应力和变形情况。
通过模拟循环加载的过程,我们可以得出材料的疲劳寿命和断裂特征。
此外,还有一些实验方法,如万能试验机和冲击试验机等,可用于模拟材料的实际工况,并获得其疲劳和断裂性能的数据。
这些分析方法共同为机械工程师提供了评估和改善材料设计的有效工具。
最后,我们还应关注工程实践中的材料疲劳与断裂问题。
某航空发动机管路支架断裂失效分析
某航空发动机管路支架断裂失效分析发布时间:2022-11-27T03:36:14.500Z 来源:《中国科技信息》2022年8月第15期作者:迟岑1 齐野2 侯东旭1 孙越1[导读] 通过对某航空发动机断裂支架开展裂纹断口分析、金相组织检测、强度计算等工作,对支架断裂失效原因进行分析,迟岑1 齐野2 侯东旭1 孙越11.中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司,沈阳 1100432.空军驻沈阳地区第二军事代表室,沈阳 110043摘要:通过对某航空发动机断裂支架开展裂纹断口分析、金相组织检测、强度计算等工作,对支架断裂失效原因进行分析,并得出如下结论:支架断裂失效的原因为疲劳断裂失效。
该支架的加工方式为线切割,后用化学法去除重熔层,因此会造成重熔层去除不彻底。
由于重熔层中存在较多的微裂纹,且钛合金零件的疲劳抗力对表面损伤和缺陷具有更大的敏感性,同时失效支架所受振动应力水平偏大,上述原因的共同作用,为疲劳裂纹的产生及扩展提供了条件,导致支架早期疲劳断裂。
针对上述分析,本文提出了将线切割改为铣加工的工艺改进方法,以避免此类问题再次发生。
关键词:重熔层;微裂纹;疲劳;振动应力;航空发动机引言支架作为重要的支撑部件,广泛应用于航空发动机外部系统中,对管路、附件等外部零件起到支撑、减震、固定的作用[1]。
而支架类部件的裂纹问题是各类动力机械普遍存在的问题,引起该问题的原因主要包括加工精度、装配工艺、工作温度以及振动等[2]。
由于钛合金具有优良的耐腐蚀性、抗氧化性以及较宽的工作温度范围,目前支架类结构件多采用钛合金材料。
支架主要起到支撑和固定的作用,而钛合金对微裂纹有更高的敏感性,在工作过程中受外力作用后易在应力集中处产生疲劳裂纹[3]。
某型航空发动机在定检过程中发现多起管路支架断裂问题,对发动机的安全性、稳定性造成了一定影响。
本文采用多种分析手段对该问题机理进行深入分析,并提出了设计完善和工艺改进措施,对提高该型航空发动机的安全性、稳定性具有重要意义。
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劳断 裂部 位在 撑 杆 与杯 体焊 接 处
撑杆 一侧 。撑 杆 与杯 体 均 为经 调 质处 理 的 3 C M S 0 r n i 构钢 管 材 A结
料, 焊接 部位 的焊 材为 HICM A 8ro 焊丝 , 焊接 方 法为 手 工 电弧 焊 , 封
口处采用 HG 3 4 氩 弧焊 。 H 0I
部 的某 一 缺 陷处 由于 应 力 集 中 ,
开 始产 生微 裂 纹 , 并逐 渐 扩大 , 最
架 2 管与杯体 焊缝封 口处 , # 严重
影 响飞行 安全 ,并造 成较 大经 济 损失 。 本 文从 某型发动机架 2 与 #管
后 的断 面不 能 承 受 所 加 的载 荷 ,
且 没 有 明显 的塑性 变 形 ,甚 至未 发 觉有 任 何宏 观征 兆 而突 然发 生
疲劳 断 裂实质 上 是一 个 累积损 伤
的过 程 , 可分成 裂 纹成 核 、 纹微 裂
间相互擦 伤 区也 会成 为疲劳 源。
观扩展 、 裂纹宏 观扩展 和最 终破坏
等 4个阶段 , 如图 1所示 。
一
图 3 2} 断 裂源 区疲 劳 弧线 ≠管
32 疲 劳断裂原 因 .. 2
针对 2 #管 断 裂 特 定 情 况 进
行 了专项 分析 。结果 发现 , 口裂 断
纹源于 2 #管 与杯 体 焊 接 部 焊
缝封 门处管 壁 的外 表 面 裂纹 萌
关 键 词 : 动 机 架 : 劳 断裂 ; 塞 发 动 机 发 疲 活
An Ai rf En ie F a a iu a t r ay i a d Man e a c r at c gn r me F t e Frc u eAn lss n it n n e g
机 动 力装 置 研 发 和设 计 。 收 稿 日期 :0 0 0 — 5 2 1— 2 1
f trfr ahkn ehncl o p nn rd c o. r ue o c ido m ca i m oe t o ut n c a e f ac p i
Ke r : n iefa ; aiu rcue; i o n ie y wo d e gn r me ft e f t r ps ne gn g a t
1 引言
动 力装 置是 飞 机 的 心 脏 , 而 发 动 机 架 是 发 动 机 的关 键 件 , 在 使 用 过 程 中承 受 着 复 杂 的载 荷 。 近 年来 , 型发 动 机架 2 某 #管却 多 次 发生疲劳 断裂故 障 。 统计 , 据 交 付用 户 的多批 次共 9 飞机 , 6架 在 使用 过成 中发生疲 劳 断裂故 障 l 4 起 ,而疲 劳裂 纹 均集 中在 发动 机
2 疲 劳 断 裂 处技 术 状态
某 型发 动机 为 星 型九 缸活 塞 式发 动机 。发动 机架 主要 由 1个 架圈 、 根撑 杆 、 8 4个 杯体 、 个 9 耳座 焊接 组 成 。发 动机 架发 生 疲
况下 , 当结 构受 到远低 于 材料 最 大强 度 的循 环重 复 载荷 时 ,经 过
M EN G i L -hu i
(V C Siah agArrt nut" A I h i un i a d syCo, t , ia un 50 2 C ia jz c fI r LdS j z ag00 6 , hn) hih
A src: 、aa ca n i ( 彝p e ag e r tr, n1 e em ca i b t t B rr egn me2 i ft u a ue aa zdt ehns a i f t e p s i fc ) h m te ag e r tr,h e ̄n e ai e r tr a depa e ec ut m aue, h t u a ue ter(oso t g a ue n xli dt one esrs fi f c a f h f u fc t n h r h aevr t o at dn s s t c e e nl ycpI l)o wo ig  ̄g s ym t u ge o r u c o ]i ) d u 孟 立 辉 ( 9 3 , , 事 航 空 发 动 ti hv e p r n g ii net s utr t h o g a (it f( i n J i e 1 7 )男 从
一
定的时间可能发生的破坏 , 归
咎于 “ 疲劳 ” 所谓 断裂是 指在 各 ; 类 结 构 中 由于预 存缺 陷及 其 增长
或 其他 原 因造成 结构 分离 性破
坏 。而疲 劳 断裂 是指 金 属构 件在 远 低 于材 料抗 拉 强度 极 限 的交变 载荷 作用 下 ,金 属表 面或 断 面 内
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某型 发动机架 疲劳 断裂 分析 与对策
孟 立 辉
( 石家庄飞机工业有限责任公 司 , 石家庄 0 0 6 ) 5 0 2
摘 要 : 对 某 型发 动机 架 2 管坟 劳 断裂 故 障 , 析 其故 障 机 理 , 性 和定 量 解 析 其 针 分 定 原 因 , 出相 应 的解 决 措 施 对 策 。对 娄 似 暖 劳 断裂 故 障 的 奇析 和 处理 具 有 借 鉴意义 。 提
3 疲劳 断裂机 理和原 因分析
31 疲劳 断裂机 理 .
杯体焊接处裂纹故障机理分析人 手 , 出解决 办法 和维修措 施 。 提
Hale Waihona Puke 的脆 性 断裂现象 。 所 谓疲 劳 是指 在 无 裂纹 的情
对疲劳断裂的机理一般认为,
21 0 0罐 第 3 6卷 第 6期 Vo 6 No6 D c 2 1 1 。 e 0 0 3