机器设备(一)鉴定.pptx
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解：根据迈因纳定理：
1
N
1
Ni
ni
N
1
6.135103
1
103
10%
1
104
60%
1
106
30%
四、损伤零件寿命估算
（一）基本理论
断裂力学理论认为：零件的缺陷在循环载荷作用 下会逐步扩大，到临界尺寸时会发生断裂破坏。
疲劳断裂四个阶段：成核（
）；微观裂
纹扩展（
）；宏10观3 裂10纹4 mm扩展阶段
定理
（四）疲劳损伤积累理论
帕姆格伦—迈因纳（Palmgren-Miner）定理
N
1
1 Ni
ni N
式中：ni/N代表应力 i的循环数在载荷谱 的总循环中所占的比例；Ni是对应 i 的
循环次数。
例：某零件的载荷谱中，有三种交变载荷，对
应的应力幅分别为 1, 2 ,，3 其出现的频度
分别为10％、60％、30％，如果已查到对应 于三个应力到达疲劳破坏的循环次数分别为 103、104和106，试计算该零件在上述载荷谱 作用下达到疲劳破坏的循环次数。
（1mm到1临0界2 尺10寸1m）m ；断裂
四、损伤零件寿命估算
（二）Paris定理
da/dN＝A（△K）n 式中： △K——应力强度因子幅度；
A、n——材料常数 a——裂纹尺寸 N——载荷循环次数
四、损伤零件寿命估算
（三）损伤零件疲劳寿命估算
N
ac
A a0
1 K
n da
• a0 初始断裂尺寸 • ac 临界断裂尺寸
（三）损伤零件疲劳寿命估算
例：某机器轴上存在表面裂纹，初始尺寸a0 3mm，与
裂 纹 平 面 垂 直 的 应 力 300MPa
，
在裂纹扩展的半经验公式中：
A 1015
n4
k 0.66 a da AK n
dN
若临界裂纹尺寸ac 9.38mm，且每天平均出现20次应 力循环，该轴的剩余寿命为多少年？
材料在疲劳破坏前所经历的应力循环次数称为疲 劳寿命
三、疲劳寿命理论及应用
（三）疲劳寿命曲线：S-N曲线
log
mN C
条
件
M
疲
劳
疲
极
劳
限
极 限
N0
log N
有限寿命区N＜N0
无限寿命区N N0
循环基数
三、疲劳寿命理论及应用
（三）疲劳寿命曲线：S-N曲线
公式： m N C
式中：m、C为材料常数
t
F
C
初应变值 0 与时间相关的蠕变量
p
t
五、高温蠕变寿命估算
（三）蠕变的三个阶段 1.AB段，蠕变减速阶段； 2.BC段，蠕变稳定阶段； 3.CF段，蠕变加速阶段。颈缩现象
Leabharlann Baidu
五、高温蠕变寿命估算
（四）蠕变方程
o p
o初应变值
p与时间t相关的蠕变量
第二部分
设备诊断技术和状态监测
一、设备故障的定义
1. 应力强度因子幅度△K。 2. 应力循环特征。 3. 加载频率。 4. 温度。（深埋；表面）
五、高温蠕变寿命估算
（一）蠕变 金属材料、机械零件、构件在长时间恒高
温和恒应力的作用下发生缓慢塑性变形 的现象称为蠕变。 普通钢材3500C以下不会发生蠕变。
五、高温蠕变寿命估算
（二）蠕变曲线
p
0
B
A
5.磨损率
m s / Smax 1.5 / 4 37.5%
三、疲劳寿命理论及应用
（一）基本概念
1.应力。机械零件的材料内任何一点处由于外力 作用或不均匀加热或永久变形产生的单位截面 积上的内力。
2.应变。机械零件的材料内任何一点因外力作用 而引起的形状和尺寸的相对改变。
3.疲劳及疲劳寿命
在应力集中部位萌生裂纹，裂纹在一定条件下扩 展，最终突然断裂，这一失效过程称为疲劳破 坏。
（三）损伤零件疲劳寿命估算
解：根据Paris公式可得：
da/dN＝A（△K）n
对上式两边积分，求剩余寿命
N
ac a0
1
da
AK n
9.38
1
da
3 1015 0.66 3004 2a2
＝14946次
尚可用年限＝14946/（20*365）＝2.05年
四、损伤零件寿命估算
（四）影响裂纹扩展的因素
应力值
N 应力循环数
例：某标准试件，已知， 1 300MPa , N0 107 , m 9 。试
计算在对称循环交变应力 1 500MPa, 2 260MPa 作用下
的疲劳寿命。
解（1）高于疲劳极限的交变应力将产生疲劳破坏，对应有限 寿命区。
C mN 3009 107 196831025
一.概述
（三）设备的失效 形式：断裂、变形过大、零件配合间隙过 大、表面粗糙、泄漏、松弛、粘合、性能
变差、异常振东。
二、磨损
（一）磨损的过程及规律 1.过程
二、磨损
2.磨损规律 （1）初期磨损阶段 宏观和微观几何行状明显变化；调试和初期使用 （2）正常磨损阶段 磨损稳定，随时间均匀增加 （3）急剧磨损阶段 已达使用寿命，继续使用磨损加剧
则1 500MPa ，疲劳循环次数，
N1
C
1m
19683 1025 5009
1.01105
（2）应力 命。
2
260MPa
，低于疲劳极限，零件为无限寿
三、疲劳寿命理论及应用
（四）疲劳损伤积累理论 （线性）疲劳损伤积累理论认为每一次
循环载荷所产生的疲劳损伤是相互独立的，
总损伤是每一次损伤的线性积累。 代表：帕姆格伦—迈因纳（Palmgren-Miner）
第三章 机器设备评估
第一节 鉴定与描述
第一部分 设备技术鉴定理论基础
一、概述
（一）机器设备的贬值 实体性贬值、功能性贬值、经济性贬值 （二）设备损伤的原因
磨损、疲劳、腐蚀、蠕变、冲击、温度 、日照、辐射、霉蚀等。 （三）设备的失效
零部件或机器在使用过程中，由于损伤作用 而丧失其规定的功能，无法继续使用的现象称为 失效。
二、磨损
解： 1.极限磨损量
Smax 20mm 20% 4mm
2.实际磨损量
S 20mm 18.5mm 1.5mm
3.磨损强度
tg s / t 1.5 / 4 0.375mm / 年
二、磨损
4.剩余寿命
Ts Smax s/ tg 4mm 1.5mm/ 0.375
6.67年
二、磨损
（二）磨损寿命计算
T Smax S0 / tg Smax / tg
tg s / t
s实际磨损量；t已运行时间
tSg0第磨一损阶强段度结束时的磨损间隙；
二、磨损
例：某起重机卷筒原始壁厚20mm，现 18.5mm，根据起重机卷筒的报废标准， 筒壁的最大磨损允许极限是筒壁厚度的 20％，该起重机已运行4年，估算该卷筒 的剩余寿命和磨损率。
1
N
1
Ni
ni
N
1
6.135103
1
103
10%
1
104
60%
1
106
30%
四、损伤零件寿命估算
（一）基本理论
断裂力学理论认为：零件的缺陷在循环载荷作用 下会逐步扩大，到临界尺寸时会发生断裂破坏。
疲劳断裂四个阶段：成核（
）；微观裂
纹扩展（
）；宏10观3 裂10纹4 mm扩展阶段
定理
（四）疲劳损伤积累理论
帕姆格伦—迈因纳（Palmgren-Miner）定理
N
1
1 Ni
ni N
式中：ni/N代表应力 i的循环数在载荷谱 的总循环中所占的比例；Ni是对应 i 的
循环次数。
例：某零件的载荷谱中，有三种交变载荷，对
应的应力幅分别为 1, 2 ,，3 其出现的频度
分别为10％、60％、30％，如果已查到对应 于三个应力到达疲劳破坏的循环次数分别为 103、104和106，试计算该零件在上述载荷谱 作用下达到疲劳破坏的循环次数。
（1mm到1临0界2 尺10寸1m）m ；断裂
四、损伤零件寿命估算
（二）Paris定理
da/dN＝A（△K）n 式中： △K——应力强度因子幅度；
A、n——材料常数 a——裂纹尺寸 N——载荷循环次数
四、损伤零件寿命估算
（三）损伤零件疲劳寿命估算
N
ac
A a0
1 K
n da
• a0 初始断裂尺寸 • ac 临界断裂尺寸
（三）损伤零件疲劳寿命估算
例：某机器轴上存在表面裂纹，初始尺寸a0 3mm，与
裂 纹 平 面 垂 直 的 应 力 300MPa
，
在裂纹扩展的半经验公式中：
A 1015
n4
k 0.66 a da AK n
dN
若临界裂纹尺寸ac 9.38mm，且每天平均出现20次应 力循环，该轴的剩余寿命为多少年？
材料在疲劳破坏前所经历的应力循环次数称为疲 劳寿命
三、疲劳寿命理论及应用
（三）疲劳寿命曲线：S-N曲线
log
mN C
条
件
M
疲
劳
疲
极
劳
限
极 限
N0
log N
有限寿命区N＜N0
无限寿命区N N0
循环基数
三、疲劳寿命理论及应用
（三）疲劳寿命曲线：S-N曲线
公式： m N C
式中：m、C为材料常数
t
F
C
初应变值 0 与时间相关的蠕变量
p
t
五、高温蠕变寿命估算
（三）蠕变的三个阶段 1.AB段，蠕变减速阶段； 2.BC段，蠕变稳定阶段； 3.CF段，蠕变加速阶段。颈缩现象
Leabharlann Baidu
五、高温蠕变寿命估算
（四）蠕变方程
o p
o初应变值
p与时间t相关的蠕变量
第二部分
设备诊断技术和状态监测
一、设备故障的定义
1. 应力强度因子幅度△K。 2. 应力循环特征。 3. 加载频率。 4. 温度。（深埋；表面）
五、高温蠕变寿命估算
（一）蠕变 金属材料、机械零件、构件在长时间恒高
温和恒应力的作用下发生缓慢塑性变形 的现象称为蠕变。 普通钢材3500C以下不会发生蠕变。
五、高温蠕变寿命估算
（二）蠕变曲线
p
0
B
A
5.磨损率
m s / Smax 1.5 / 4 37.5%
三、疲劳寿命理论及应用
（一）基本概念
1.应力。机械零件的材料内任何一点处由于外力 作用或不均匀加热或永久变形产生的单位截面 积上的内力。
2.应变。机械零件的材料内任何一点因外力作用 而引起的形状和尺寸的相对改变。
3.疲劳及疲劳寿命
在应力集中部位萌生裂纹，裂纹在一定条件下扩 展，最终突然断裂，这一失效过程称为疲劳破 坏。
（三）损伤零件疲劳寿命估算
解：根据Paris公式可得：
da/dN＝A（△K）n
对上式两边积分，求剩余寿命
N
ac a0
1
da
AK n
9.38
1
da
3 1015 0.66 3004 2a2
＝14946次
尚可用年限＝14946/（20*365）＝2.05年
四、损伤零件寿命估算
（四）影响裂纹扩展的因素
应力值
N 应力循环数
例：某标准试件，已知， 1 300MPa , N0 107 , m 9 。试
计算在对称循环交变应力 1 500MPa, 2 260MPa 作用下
的疲劳寿命。
解（1）高于疲劳极限的交变应力将产生疲劳破坏，对应有限 寿命区。
C mN 3009 107 196831025
一.概述
（三）设备的失效 形式：断裂、变形过大、零件配合间隙过 大、表面粗糙、泄漏、松弛、粘合、性能
变差、异常振东。
二、磨损
（一）磨损的过程及规律 1.过程
二、磨损
2.磨损规律 （1）初期磨损阶段 宏观和微观几何行状明显变化；调试和初期使用 （2）正常磨损阶段 磨损稳定，随时间均匀增加 （3）急剧磨损阶段 已达使用寿命，继续使用磨损加剧
则1 500MPa ，疲劳循环次数，
N1
C
1m
19683 1025 5009
1.01105
（2）应力 命。
2
260MPa
，低于疲劳极限，零件为无限寿
三、疲劳寿命理论及应用
（四）疲劳损伤积累理论 （线性）疲劳损伤积累理论认为每一次
循环载荷所产生的疲劳损伤是相互独立的，
总损伤是每一次损伤的线性积累。 代表：帕姆格伦—迈因纳（Palmgren-Miner）
第三章 机器设备评估
第一节 鉴定与描述
第一部分 设备技术鉴定理论基础
一、概述
（一）机器设备的贬值 实体性贬值、功能性贬值、经济性贬值 （二）设备损伤的原因
磨损、疲劳、腐蚀、蠕变、冲击、温度 、日照、辐射、霉蚀等。 （三）设备的失效
零部件或机器在使用过程中，由于损伤作用 而丧失其规定的功能，无法继续使用的现象称为 失效。
二、磨损
解： 1.极限磨损量
Smax 20mm 20% 4mm
2.实际磨损量
S 20mm 18.5mm 1.5mm
3.磨损强度
tg s / t 1.5 / 4 0.375mm / 年
二、磨损
4.剩余寿命
Ts Smax s/ tg 4mm 1.5mm/ 0.375
6.67年
二、磨损
（二）磨损寿命计算
T Smax S0 / tg Smax / tg
tg s / t
s实际磨损量；t已运行时间
tSg0第磨一损阶强段度结束时的磨损间隙；
二、磨损
例：某起重机卷筒原始壁厚20mm，现 18.5mm，根据起重机卷筒的报废标准， 筒壁的最大磨损允许极限是筒壁厚度的 20％，该起重机已运行4年，估算该卷筒 的剩余寿命和磨损率。