《飞机故障诊断一》PPT课件

故障物理应用
实例分析
• 安 - 24飞机服役多年后，在机翼油箱上壁板边缘出现了多条裂纹，且方向均从翼根斜向 翼尖。
安-24B（前苏联安东诺夫设计局研制的双发涡轮螺桨支线客 机）
36
图1.2-6 安-24飞机机翼油箱上壁板（B95铝合金）
37
边缘处表面的蚀坑（500）
1.2-7
图 边 缘 裂 纹 断 口 的 疲 劳 条 纹
L
2 S
2 L
（1.223
故障过程模型
估算产品可靠度
• 令L为应力随机变量，S为强度随机变量，引入随机
变量Z，即
Z=S-L
• Z的密度函数为
• 2-2）
fZ (Z)
(ZZ )2
1
e 2
2 Z
2 Z
（1.
Z
Z SL
• ——随机变量Z的均值，
Z
Z
2 L
2 S
• ——随机变量Z的标准差，
24
故障过程模型
故障及其分类
二、故障分类
• 按其产生的原因及故障特征分类
• 早期故障
• 偶然故障
• 耗损故障
wenku.baidu.com
第二节 故障过程模型与故障物 理应用
• 故障模式与故障机理
• 故障过程模型
• 故障物理应用
故障模式与故障机理
一、故障模式
• 故障模式或故障类型是故障发生时的具体表现形式。 • 一种功能故障往往是由多种故障模式中的一种或数种造成的。 • 对于系统功能故障而言，确定了故障模式，并不等于找到了故障部位。 • 一种故障特征可能为几种模式所共有，而同一故障模式可能有多个故障特征。 • 同一零部件可以同时存在几种故障模式。（发生频率和频率比）
故障及其分类
二、故障分类
• 按其对功能的影响分类
• 功能故障：指被考察的对象不能达到规定的性能 指标（针对某一功能）。它有两个方面的含义。
• 潜在故障：是一种预示功能故障即将发生的可以 鉴别的实际状态或事件。
故障及其分类
二、故障分类
• 按其后果分类
• 安全性后果故障：故障会引起对使用安全性的直接 不利影响。（1. 预防维修；2. 改进设计）
n
•
机件 i机理
（
1.2-6）
i 1
32
• 最弱环模型与应力-强度模型具有一定的区别和联系。
图1.2-5 最弱环模型示意图
33
故障过程模型
四、累积损伤模型
• 如果环境多次重复作用在产品上，每次均对产品产生一定量的损伤，当这些损伤累积起 来超过某一临界值时，产品就会发生故障。
• 应用累积损伤模型分析产品故障，估算产品寿命时，通常假定基于同一故障机理。
，则表示会发生故障，且重叠部分的面积代表了发生故障的概率的大小。
故障过程模型
估算产品可靠度
•S
——强度分布的均值
• S ——标准差
• fs (S) ——分布密度
• L ——应力分布均值
• •
L
——标准差 ——分布密度
fL (L)
• 安全余量Sm：
Sm
SL
2 S
2 L
• 应力偏差度Lr：
-1）
Lr
图1.2-4 激活能及退化反应
30
故障过程模型
二、反应论模型
• 通常的退化反应，在达到最终退化状态前要跨越几个 能量势垒，发生几个不同故障机理的反应。
• 串连式反应过程
1/ K (1/ Ki )
（1.2-4）
总反应速度主要取决于反应最慢的那个过程的速度。
• 并联式反应
（1.2-5）
1/ K Ki
2 L
Sm (S L) /
2 S
2 L
• 由（1.2-1）式可知 F (Sm )
•
R 1 F (Sm )
，代入上式求得 25 （
故障过程模型
一、利用应力 - 强度模型分析故障机理
与提高可靠度的方法（图1.2-2）
• σS、σL均很小，可靠性↑↑（图1.2-2 (a)） • σS较大，σL较小，可靠性↓（图1.2-2 (b)）
估算产品可靠度
• 结构发生强度不足故障的条件是Z ≤ 0。故结构发生静强
度破坏的概率（即故障密度）为
0
F P{Z 0} f Z (Z)dz
• 引入新的变量u，u (Z Z ) / Z ，则服从标准正态分布，得
到
F P{Z 0} P{ Z Z Z } { S L }
Z
Z
2 S
• 理论基础：可靠性、维修性、系统工程等新兴学 科。
• 工具
• 检测技术的发展； • 检测手段的提高； • 计算机功能的开发与运用。
故障及其分类
一、故障定义
• 故障是指产品丧失了规定的功能，或产品的 一个或几个性能指标超过了规定的范围。
• 故障与正常界限的确定，可能随使用范围、 分析层次等有所不同。——故障判据
飞机故障诊断技术
Diagnosis of Aircraft Failure
第一章 故障特性与故障过程模 型
• 故障及其分类
• 故障过程模型与故障物理应用
第一节 故障及其分类 • 飞机故障对飞行安全的影响 • 故障及其分类
飞机故障对飞行安全的影响
一、可靠性与安全 • 由性于设计、制造、使用、维修及管理等因素
引起设备或机件故障，导致飞行事故时有发 生。
故障（包括人为差错）是产生飞行事故的主要 原因！
• 机务人员所做的每一项工作，从日常保养到 预防维修，无不以保证飞行安全、不出或少 出故障为其目的。
二、民航客机事故原因分析
• 设计和维修方案不合理
• 片面地追求较高的静强度和刚度，忽视了材料的耐 腐蚀及抗疲劳特性。——伊尔 - 18机翼上翼面B94 铆钉大量出现断头现象
• 如果设计上没有采取可靠的防人为差错的措施，在 使用或维修中又没有严格按操作规程进行操作，则 很容易导致飞机故障，乃至严重事故。
• 飞行人员的心理素质 • 人为故意破坏
事 故 统 计 图
二、民航客机事故原因分析 • 环境因素
• 飞机结构的疲劳损伤 • 飞机结构的腐蚀损伤
三、故障诊断学
• 人们逐渐地把注意力集中到对故障原因及后果的 分析上，研究减少故障、减轻故障后果的方法， 以保证飞机的安全性为宗旨，并将其贯穿于飞机 设计、制造、使用、维修，直到退役的全过程。
• 使用性后果故障：故障对使用能力有直接的不利影 响。（预防维修费用 间接经济损失 + 直接维 修费用）
故障及其分类
二、故障分类
• 按其后果分类
• 非使用性后果故障：故障对安全性及使用性均没有 直接的不利影响。（预防维修费用 直接修理费 用）
• 隐患性后果故障：这类故障若不及时发现并排除， 可能会导致系统多重故障，甚至发生安全性后果。 （预定维修）
• 如果设计上没有采取可靠的防人为差错的措施，在 使用或维修中又没有严格按操作规程进行操作，则 很容易导致飞机故障，乃至严重事故。
• 飞行人员的心理素质 • 人为故意破坏
二、民航客机事故原因分析
• 人为因素
• 统计民航1950年以来有确切资料的120起事故中， 因人为差错造成事故的占79%，机械装备故障造成 事故的占13.4%，环境和其他因素造成事故的占7.6 %。
• “SCWIFT”分类 • 蠕变或应力断裂（S） • 腐蚀（C） • 磨损（W） • 冲击断裂（I） • 疲劳（F） • 热（T）
故障过程模型
一、应力 - 强度模型
• 当施加在元件、材料上的应力超过其耐受能力（即强度）时，故障便发生。 • 应力 – 强度模型是一种材料力学模型。 • “应力”应理解为由环境、工作条件等退化的诱因所引起的系统内部能量积蓄。 • “强度”应理解为材料、元件或系统的抗故障能力。 • 若掌握了应力和强度的概率分布规律，则根据应力与强度分布密度曲线交叠部分面积可
总反应速度主要取决于反应最快的过程的速度。
31
故障过程模型
三、最弱环模型（串连模型）
• 认为产品或机件的故障（或破坏）是从缺陷最大因而也 是最薄弱的部位产生（图1.2-5）。
• 利用最弱环模型确定材料或元件的故障率：
• 设材料或元件有n个相互独立的故障机理，而其中任何一个故
障机理都可能导致材料或元件故障，则材料或元件故障可用 各机理故障率之和来表示，即
• 系统和接头配件设计过分强调标准化，忽视了一些 防人为差错的细节措施。——由于Ⅲ7、Ⅲ8插头错 接而造成一架TU - 154飞机空中解体
• 修理方案不合理——1985年，日本航空公司一架B7 47客机空中发生故障，造成机组和乘客无一生还。
二、民航客机事故原因分析
• 人为因素
• 统计民航1950年以来有确切资料的120起事故中， 因人为差错造成事故的占79%，机械装备故障造成 事故的占13.4%，环境和其他因素造成事故的占7.6 %。
求出产品故障概率。
图1.2-1 应力强度模型 21
故障过程模型
一、应力 - 强度模型
• 利用应力 – 强度模型可以分析故障机理并可提出提高产品可靠性的方法。 • 通常，材料强度、静载荷和结构几何尺寸均服从正态分布。应力作为载荷和结构几何参数的函数
，也可以做正态分布的假设。 • 当应力与强度两者的分布没有重叠区域时，故障不发生。当密度曲线下出现重叠部分（t = t2）
• 通过质量控制，降低强度分布的标准差； • 高应力筛选法，剔除强度低的产品（图1.2-3）。 • σS较小，σL较大可靠性↓↓（图1.2-2 (c)） • 限制使用条件和环境影响； • 重新设计。
图1.2-2 应力、强度分布对可靠性的影响
27
图1.2-3 高应力筛选后的应力、强度分布
28
故障过程模型
二、反应论模型
• 如果产品的故障是由于产品内部某种物理、化学反应的持续进行，直到它的某些参数变 化超过了一定的临界值，产品丧失规定功能或性能，这种故障就可以用反应论模型来描 述。
• 产品从正常状态进入退化状态的过程中，存在着能量势垒（激活能ΔE），跨越ΔE所必须 的能量是由环境（应力）提供的，只有当外部环境提供的能量超过此ΔE，才有可能发生 该种状态的反应（图1.2-4）。
故障模式与故障机理
二、故障机理
• 故障机理是故障的内因，故障特征是故障的现象，而环境应力条件是故障的外因。 • 故障机理和故障模式是依不同的对象来规定各自特定的分类。（疲劳断裂现象） • 有关产品的故障机理、故障模式及其相互关系，必须根据实际情况具体分析，不能一概
而论。
故障模式与故障机理
二、故障机理
38
1.2-8
图
边 缘 裂 纹 断 口 表 面 上 腐 蚀 产 物
39
Thank you!
感谢下 载