某高架桥高强度螺栓断裂失效分析

高架桥用42CrMoA高强度双头螺栓在服役期间发生螺纹断裂现象,通过外观检查、化学成分分析及扫描电镜分析等手段,对其断裂原因进行了分析。结果表明,螺栓在冶炼过程中成分控制不严,在安装中质量不达标,紧固力不均匀或预紧力不足造成螺栓在螺纹处出现缝隙或间隙,在腐蚀环境下发生缝隙腐蚀。在闭塞腐蚀电池及应力集中作用下加速溶解金属基体,在缝隙腐蚀的阳极端部形成裂纹源。裂纹在腐蚀和疲劳的双重作用下,使裂纹不断向纵深扩展,直至螺栓断裂。安装质量不达标且冶炼工艺控制不严是引发螺栓断裂的关键因素。

基于GISSMO失效准则的1500 MPa热成形钢断裂失效模型分析

以CR1000/1500HS为研究对象,基于GISSMO断裂失效准则,设计表征不同失效形式的5种测试试样;基于万能拉伸试验机和DIC测试系统,获取不同试样拉伸过程的力-位移曲线和断裂时刻的极限塑性应变;基于LS-DYNA搭建各失效试样的仿真分析模型,提取各试样断裂区域的应力三轴度;拟合获得断裂失效曲线和塑性失稳曲线,迭代获取其他模型参数;采用车门防撞梁动态三点弯曲冲击试验和仿真模型对承载特性进行分析;对比GISSMO失效模型、传统应变失效模型与试验测试的力-位移曲线差异,以验证失效模型的准确性。结果表明:Swift和Hockett-Sherby混合硬化模型可准确描述材料的塑性变形行为,关键参数误差小于5%;GISSMO失效模型获得的车门防撞梁承载特性关键参数和承载力-位移曲线与试验测试结果保持一致,误差低于5%;而采用传统应变失效准则获得的结果误差较大,最大位移的误差达到30%;表明基于GISSMO失效准则的材料模型可以准确表征CR1000/1500HS的塑性变形行为及断裂失效行为。

基于热应力PDC钻头胎体断裂失效分析及试验研究

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在陇东致密油井作业时出现胎体裂纹和刀翼断裂的问题,严重影响了整个钻头的使用寿命和钻井时效。针对此问题,通过理化性能试验,分析PDC钻头胎体化学成分、力学性能、硬度和金相组织,采用电子显微镜扫描和能谱分析,对PDC钻头裂纹断面的物质进行定量。基于热-弹塑性理论,建立PDC钻头胎体热应力模型,探究预热温度和银钎焊温度对PDC钻头胎体的影响,提出了PDC钻头制造工艺改进措施,开展了现场试验。结果表明:热应力是引起PDC钻头开裂的根源,残余应力和组织应力共同作用是PDC钻头开裂的直接原因;PDC钻头胎体残余应力主要集中在刀翼根部和水眼部位,以1、4号刀翼和3、5号水眼最为显著;PDC钻头胎体与复合片钎焊温度过高会产生较大残余应力,钎焊温度在700℃、胎体预热温度在380℃为宜;改进预热温度和钎焊温度后的PDC钻头施工并未有断裂异常,可以安全作业。

温度场作用下起重机械运行机构传动轴热力耦合断裂失效分析

文中针对一起用于炼钢炉挡火门开闭作业的起重机运行机构传动轴断裂失效实例,通过现场工作工况勘察和失效结果调研,对轴的断口部位进行金相扫描、表面粗糙度测量、硬度检测、材料成分测试、力学性能试验、冲击功试验以及残余应力测定,对扭转刚度进行了理论计算和COMSOL Multiphysics有限元分析。从设计、工艺、制造、热处理、安装装配、机构布置、使用工况、工作环境等方面全面分析了导致断轴失效事故发生的原因,并给出了改进建议。为温度场环境下工作的传动机构选型和设计提供了方法和理论依据,为避免此类断轴失效的发生和失效事故调查及分析提供了经验参考。

钻铤螺纹断裂失效分析及结构改进措施

钻铤螺纹断裂是钻铤失效的主要原因,在整个钻铤失效中占比较大,根据螺纹断口分析,疲劳是导致螺纹联接失效的主要原因。分析了螺纹轴向载荷分布,使用Solidworks软件建立了钻铤NC50螺纹联接模型,用有限元法分析了各螺纹的静应力分布。应力槽可以很好地解决螺纹应力集中的问题,但是会大幅度减少钻铤的使用寿命。通过改进应力槽的结构,并使用有限元分析了各螺纹的应力分布,有效地降低螺纹应力集中,且可以延长钻铤使用寿命。针对内螺纹后孔结构的缺陷,改进了后孔的尺寸,提高了螺纹联接的强度。结果表明,改进后的钻铤螺纹自使用以来没有出现断裂事故,成功解决了钻铤疲劳断裂的难题。

超超临界汽轮发电机组再热汽门阀盖螺栓断裂失效分析

某超超临界汽轮发电机组再热汽门螺栓在机组等级检修期间发现有不同程度的断裂或裂纹,对其进行了金相分析和结构检查,并对断裂原因进行了详细分析。将原有再热汽门螺栓全部更换为新材料新工艺加工的螺栓,同时对安装工艺进行了严格规范,提高了机组运行的安全性。

某轻型客车钢板弹簧断裂失效原因分析

某轻型客车钢板弹簧在整车耐久试验过程中频繁出现断裂问题。文章通过断口宏观和微观分析、化学成分分析、硬度测试、金相组织检测分析,以及铣削台阶位置和板簧受力特征分析,确定了钢板弹簧断裂的根本原因并制定了改进措施,结合台架试验及整车道路试验进行了验证。结果显示,钢板弹簧卷耳两侧铣削范围过长,导致板簧簧片R角处存铣削台阶,使得此处应力集中进一步提高,导致钢板弹簧在此处断裂。减小钢板弹簧卷耳两侧铣削长度,问题得以解决。

拉伸载荷下含缺陷管道宽板力学响应与断裂失效试验

为探究缺陷与焊缝的相对距离和夹角对X65螺旋埋弧焊钢管失效的影响,开展宽板拉伸试验,采用三维数字图像相关法分析轴向拉伸载荷下缺陷到焊缝的距离、缺陷与焊缝的夹角对管道宽板的力学响应和断裂失效行为的影响特征.结果表明:焊缝和缺陷的存在,以及缺陷到焊缝的相对距离和夹角对管道宽板的应变变化和断裂失效行为有影响,且不同的相对距离和夹角对其抗拉强度、应变分布和断裂失效行为的影响程度不同;当缺陷与焊缝的夹角为30°且当缺陷到焊缝的距离为39 mm时,管道宽板的抗拉强度最低、裂纹萌生及断裂失效所需位移载荷最小,此时其承载能力最差,最容易断裂失效.

微铸锻增材制造TC4-DT合金的高温力学性能与断裂失效行为

研究了微铸锻增材制造TC4-DT合金的高温力学性能与断裂失效行为。通过X射线衍射、光学显微镜和扫描电子显微镜观察了微铸锻增材制造TC4-DT合金在平行沉积扫描方向与平行沉积增高方向的相组成与显微结构,测试了不同温度(500、600和700℃)TC4-DT合金的高温力学性能,观察了不同测试温度的拉伸断口形貌并分析了其断裂失效行为。结果表明:微铸锻增材制造TC4-DT合金主要物相为α相,平行和垂直于沉积方向的显微结构主要是网篮状组织和片层α组织,未观察到明显的各向异性。随温度升高,TC4-DT合金的强度降低,断裂行为由穿晶断裂向沿晶断裂转变。材料失效行为的主要影响因素包括高温下晶粒的长大、晶界的软化、气孔的长大与聚集。

汽车减振器活塞杆疲劳断裂失效分析

活塞杆出现疲劳断裂失效会降低汽车运行的平稳性,严重影响汽车行驶的安全性,因此对汽车减振器活塞杆疲劳断裂失效进行分析至关重要。利用光谱仪分析减振器活塞杆试件的化学成分,通过显微镜检测活塞杆表面的粗糙程度。对汽车减振器活塞杆疲劳断裂的形貌进行宏观、微观分析以及剖面金相分析,测试了减振器活塞杆的显微硬度、残余应力和气体氢含量。观察宏观形貌发现试件具有一定的脆性开裂特征。微观分析的能量谱表明试件中的Cr、Fe元素含量较高,导致试件表面脆性大,微观状态下呈现出二次裂纹。试件的剖面金相结构并无明显缺陷、主要区域的显微硬度满足要求,二者对疲劳断裂产生的影响较小。试件在淬火初期产生的残余应力偏高,近表面附近的气体氢含量明显高于心部位置。因此说明汽车减振器活塞杆出现疲劳断裂主要是由活塞杆表面脆性大、氢含量高和淬火裂纹引起的。

过滤器连接螺栓断裂失效分析

某防喷器油路过滤器SCM435连接螺栓在使用过程中发生断裂,造成过滤器无法正常工作。为查找连接螺栓失效原因,采用金相显微镜、拉伸试验机、冲击试验机、显微硬度计、扫描电子显微镜和能谱仪等测试手段,研究断裂和未断裂螺栓的显微组织、化学成分、硬度、力学性能和断口形貌。结果表明:断裂和未断裂螺栓的组织均为回火索氏体和铁素体,断裂螺栓夹杂物较多,碳含量偏高,断裂螺栓的硬度和力学性能均低于未断裂螺栓。断裂螺栓断口在平行和斜45°的两个断面,表现为韧性断裂和脆性断裂的混合断裂形式,断裂源起源于内部。可见断裂螺栓是由于内部的碳化物等脆性相的不均匀分布,在持续外力作用下,优先形成裂纹源,随着裂纹的扩展而导致螺栓最终断裂。

汽车管件连接螺母断裂失效分析及工艺改进

汽车管件连接螺母在汽车上起到管件连接、紧固和密封等作用,广泛应用在汽车的供油、供水、供气等相关系统中,对汽车各系统的正常运行和行驶安全起到重要作用。然而,在汽车行驶过程中,管件连接螺母容易受到高温、高压、震动等恶劣环境的影响,导致松动、渗漏、疲劳裂纹、断裂等故障,对汽车质量和驾乘人员安全造成较大影响。通过使用扫描电镜、硬度计、工业CT等设备对断裂失效的管件连接螺母进行全面分析,找出了断裂的根本原因,并确定了存在问题的工艺参数。最后,对汽车管件连接螺母的成型工艺参数进行了优化,有效避免了由于微裂纹产生而导致的失效,提升了管件连接螺母的质量,保障了驾乘人员的安全。本研究对于分析螺母类零件断裂失效原因并解决实际问题具有指导意义。

煤矿提升机钢丝绳断裂失效分析及有限元模拟

表面磨损是提升机钢丝绳断裂失效的主要原因。了解磨损痕迹对钢丝绳失效和力学性能的影响是保证多层提升机安全的有效途径。通过断裂拉伸试验,研究了具有不同磨损痕迹的钢丝绳的断裂失效特征,获得并分析了磨痕区域的温升情况。采用有限元方法模拟了受拉伸载荷作用的磨损股的力学性能。结果表明,磨痕区发生了塑性变形和明显的温升。断裂拉伸试验过程中的温升曲线可以反映断裂丝的数量和顺序。磨损的外层钢丝比内层钢丝先断裂,具有不规则磨痕的钢丝总是在磨损深度最大的位置沿滑动磨损方向断裂。研究成果为提升机钢丝绳结构安全研究提供依据。

谐波减速器服役过程中柔轮断裂失效原因分析与工艺改进

通过显微组织的观察分析、断口形貌的观察和硬度测定,分析造成柔轮疲劳断裂失效的原因。结果表明,失效柔轮的显微组织为回火屈氏体,柔轮上存在较严重的3级带状组织。虽然存在MnS和Al2O3夹杂物引起的4.42μm微孔,但由于其尺寸和数量较小,不是导致其断裂的主要原因。样品的晶粒整体上较粗大,断口裂纹处晶粒更粗大且更不均匀,断口裂纹处的晶粒尺寸是远离断口晶粒的1.4倍。晶粒粗大使晶界面积减小,导致塑性变形不均匀,易产生应力集中,从而产生初生裂纹,同时也不利于阻碍裂纹的扩展,导致样品发生断裂失效。因此,原奥氏体晶粒粗大是导致柔轮疲劳断裂主要原因。可通过循环热处理或增加正火预处理,达到细化晶粒的作用。

冲击载荷下螺栓法兰连接结构断裂失效影响因素研究

为研究冲击载荷下螺栓法兰连接结构的断裂失效模式,基于弹塑性损伤本构方程建立了连接结构的有限元模型,施加了冲击载荷并进行断裂失效仿真分析,以螺栓应力与法兰转角为观测指标,研究了螺栓的预紧力、不同螺栓位置及接触面摩擦因数对连接结构断裂失效的影响规律。结果表明:螺栓位置越靠近法兰筒,接触面摩擦因数越小,连接结构越容易发生断裂失效;初始预紧力对连接结构断裂失效影响甚微。可通过增大接触面摩擦因数、增大L值来提高螺栓法兰连接结构的强度。

汽车发动机张紧器摆臂断裂失效分析

汽车发动机张紧器摆臂进行台架耐久试验时发生断裂失效。通过宏观观察、断口形貌、化学成分、金相组织及硬度等测试方法分析了张紧器摆臂的断裂失效原因。结果表明:张紧器摆臂断裂起始源区存在疏松缺陷,减小了有效承载面积,在外界交变载荷的作用下,疏松缺陷区域产生应力集中,最终导致张紧器摆臂发生断裂失效。

基于铝元素含量控制的E级钢机车车钩钩舌断裂失效问题研究

文中通过一起典型的E级钢机车车钩钩舌静载拉力检测不合格、断裂失效现象,从宏观形貌检查、化学成分分析、微观形貌检查、金相分析、机械性能测试等5方面全面分析了钩舌失效的原因,提出了改进铝元素含量控制的工艺措施,以提高钩舌质量。对实施质量控制措施后的E级钢机车车钩进行型式试验,结果表明,调整钩舌基体中铝元素含量在0.02~0.08 wt.%范围内,同步施加相关质量控制措施,可以有效避免钩舌断裂,提高机车车钩的生产质量。

复杂应力状态下车用高强钢断裂失效行为表征与应用研究

以某车用热成形高强钢板材为研究对象,结合DIC技术对剪切、拉伸等5种典型应力状态下试样的断裂性能进行了测试研究。基于试验结果,选取Gissmo断裂失效模型,并采用有限元逆向优化方法标定了该模型的参数。分别应用Gissmo断裂失效模型和固定应变断裂模型预测了高强钢B柱在三点静压工况下的断裂失效行为,并对预测结果进行了试验验证。结果表明,在复杂应力状态下,与固定应变断裂模型相比,Gissmo断裂失效模型的预测结果与试验结果均显示在相同位置产生裂纹,载荷-位移曲线吻合程度更高,表明Gissmo断裂失效模型更适合用于预测车用高强钢在复杂应力状态下的断裂失效行为。

钻机动力头芯管断裂失效分析

针对钻机动力头芯管在施工过程中易出现断裂失效的问题,对断裂芯管进行了化学成分检验、断口宏观分析、受力和有限元仿真分析、金相组织和扫描电镜微观组织分析研究。结果表明,断裂主要由于芯管受到来自主轴和配油套旋转运动产生的弯曲应力,芯管材料许用最大弯曲应力小于极限工况下受到的弯曲应力,产生纤维状裂纹、最终断裂。其他因素导致的频繁微小冲击也会降低芯管的使用寿命,导致疲劳断裂失效。试验通过优化热处理参数、更换新材料的方式,增加了芯管连续工作不出现断裂和变形的时间,提高芯管使用寿命。

城市处置危险废物固体泵闸板断裂失效机理研究

城市处置危险废物是国家解决危险废物问题的重点项目,开展闸板断裂失效分析研究,不仅为危险废物处置行业进行产品设计提供了基础数据,而且打破了国外设备在国内的垄断。研发出替代进口的核心零部件可以降低危废处置企业的维护成本。首先分析固体泵闸板断裂失效产生的裂纹,对断口进行宏观形貌观察、材料化学成分测定、力学性能检测、硬度测量、金相分析、SEM形貌分析,在闸板的横向、纵向剖面和裂纹源处凹坑均呈现显微疏松特征,然后根据断口基本形态判定是由于残余内应力造成断裂失效,再基于有限元仿真研究论证材料强度是否满足设计要求,得出应力集中位置螺纹处和圆弧刃处是易发生断裂的位置。最后优化设计机械结构和热处理工艺,采用去机械加工应力、深冷和多次回火工艺,新闸板能够完全满足性能需求,工程应用中再未发生闸板断裂失效问题。