汽车零部件断裂失效分析讲解

脆性断裂断口
钢板弹簧脆性断裂
• 钢板弹簧脆性弯曲断裂，裂纹 源区为萘状断口； • 近表面处局部沿晶、粗大的微 裂纹，并伴随有氧化脱碳现象； • 为热处理过烧所致。
案例2
失效特征及原因
少片弹簧中心孔疲劳断裂
少片弹簧疲劳断裂的性质与多片簧相同； 由于少片簧的结构特点，中间段的刚性相对较 低（没有凸出的平直段），其平直段的刚度需要板 簧压板协助予以保证。 该类型的疲劳开裂与弹簧压板的疲劳断裂和弯 曲变形相伴发生； 板簧平直段和板簧压板抗弯刚性和强度不足， 导致板簧平直段以及板簧压板承受异常的弯曲载荷 是引起板簧中心孔疲劳断裂的原因。载荷过大也应 该考虑。
钢板弹簧疲劳断裂与磕碰伤
• 轧制过程中磕碰伤引起疲劳断裂。
板簧前卷耳疲劳开裂
• 关注冲击载荷的作用，关注车辆的动力和制动性能，道路情 况，关注断裂的部位和结构特性； • 关注对失效认识的不断深化和阶段性。
钢板弹簧盖板疲劳开裂
• 少片簧的中间段刚性不足，如果与板簧中心孔断裂有关则应该有异常 接触印记； • 压板的弯曲在先，实际的失效形式应该是弯曲，要点是弯曲的连续性， 交通肇事的弯曲脆断中会有断裂件弯曲的一类问题。
压板刚性约束
钢板弹簧中心孔断裂
结构特性： 钢板弹簧由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。 U形螺栓以内为“平直段”，装配后使板簧稳定，工作中不承受弯曲载 荷。 中心孔为总成装配的工艺孔。 分析要点： 作为简支梁结构，如果板簧的平直段承受弯曲载荷，发生弯曲变形，其 中心孔部位弯矩最大，有效截面最小，加之应力集中，该部位最大弯曲应力 会数倍于其他部位的正常工作应力。 开裂特性： 为高应力低周弯曲疲劳断裂，疲劳源在孔边缘处，疲劳区很小； 分多片簧和少片簧两类，影响因素不同。
汽车零部件断裂失效分析
约束失控
约束（constraint） 对质点系中各“质点（结构件）”的位置和速度预先施加的几 何学或运动学的限制。 常见的约束有柔性绳索或链条约束、光滑接触面约束、圆柱形 铰链和球形铰链约束、铰链支座约束等。约束限制质点系中各质点 的自由运动，故约束对质点系有作用力，称约束反力，简称约束力。
与结构件失效相关的约束
• 螺栓锁紧约束（压紧约束、摩擦约束） • 刚性约束 • 间隙约束（轴承间隙、轴颈间隙约束）
• 机械结构中，结构件靠约束以驱使或保证其完成特定的功能，其特定 的约束条件一旦破坏或丧失，会破坏其运行或运动状态，产生异常或 是附加的工况 ，使得结构件承担了不应有、无法承受的载荷，产生异 常的力学状态，引起疲劳开裂失效。
4 汽车零部件疲劳断裂分析
4.1疲劳断裂形式
• • 断口分析是疲劳分析的重要环节，包括结构、应力分布场、载荷 形式、异常工况、应力的大小等因素特征都会有所体现； 也要关注断口或失效性质的转化及相关的条件。
疲劳断口形态
疲劳断口形态ห้องสมุดไป่ตู้
贝壳纹形成机理
关注那些随机 性冲击载荷、 台架试验的连 续不变的载荷 和铸铁的疲劳 断口，有时并 不十分典型。
案例1 多片簧中心孔疲劳断裂
失效特征及原因 为高应力低周疲劳开裂，疲劳源位于中心孔内角处，疲劳区很小， 与板簧的冲击性载荷相对应； 在双驱动桥结构的板簧上更多见，而且多发生在最短的几片板簧 上；（这可能主要与该类弹簧的刚性较大有关） 断裂的原因是由于U形螺栓未能有效地锁紧或是松动，引起中心孔 承受附加弯矩。
钢板弹簧疲劳开裂
• •
钢板弹簧早期高应力低周疲劳断裂； 裂纹源起源于材料内部的大块夹杂处， 夹杂的主要成分是Al、Mg、Ca、O等元素 。
汽车零部件脆性断裂
• 零件的脆性断裂也较为常见，材料的性质是重要的 条件之一，但实际情况中硬性应力状态更重要，即 指双向拉应力状态。该应力状态限制了材料的塑性 变形条件而产生脆性断裂。 • 脆性断裂不等于材料脆性，应力状态（平面应变） 的影响更大。
钢板弹簧中心孔疲劳开裂
• 关注约束的有效性； • 断裂力学要素：简支梁弯矩 最大部位、应力集中、应变 集中。 • 同时也应考虑少片簧平直段 的自身刚性和约束结构刚性。
钢板弹簧压板边缘处疲劳断裂
• • 关注局部异常的表面异常硬化会增加疲劳裂纹萌生的敏感性。 考虑异常的擦伤、表面挤压磕碰伤与表面强力喷丸有什么差别或作用。