失效分析原理失效分析原理西安交通大学材料学院陈黄浦第一章第一章 绪论绪论机械产品失效定义：机械产品失效定义：1 1）完全失去原有的功能）完全失去原有的功能2 2）仍然可以用，但是不再能够良好执行原）仍然可以用，但是不再能够良好执行原 有的功能有的功能3 3）严重的损伤，使其在继续使用中失去可靠）严重的损伤，使其在继续使用中失去可靠性及安全性，需要立即修理和调换性及安全性，需要立即修理和调换失效分析的目的和意义失效分析的目的和意义1 1、失效分析促进了科学技术的发展、失效分析促进了科学技术的发展、失效分析促进了科学技术的发展、失效分析促进了科学技术的发展2 2、失效分析提高了机械产品的质量和安全可靠性、失效分析提高了机械产品的质量和安全可靠性、失效分析提高了机械产品的质量和安全可靠性、失效分析提高了机械产品的质量和安全可靠性3 3、失效分析能带来巨、失效分析能带来巨、失效分析能带来巨、失效分析能带来巨 大的经济效益大的经济效益大的经济效益大的经济效益4 4、失效分析为制定或、失效分析为制定或、失效分析为制定或、失效分析为制定或 修改技术标准、经修改技术标准、经修改技术标准、经修改技术标准、经 济法规提供依据济法规提供依据济法规提供依据济法规提供依据 米格米格米格米格-29N-29N战机突破音障精彩瞬间战机突破音障精彩瞬间战机突破音障精彩瞬间战机突破音障精彩瞬间 失效分析的任务失效分析的任务1 1）反馈到设计方面，可以促进产品结构设计的改进，）反馈到设计方面，可以促进产品结构设计的改进，）反馈到设计方面，可以促进产品结构设计的改进，）反馈到设计方面，可以促进产品结构设计的改进，或新的安全设计规范和技术标准的指定。或新的安全设计规范和技术标准的指定。或新的安全设计规范和技术标准的指定。或新的安全设计规范和技术标准的指定。2 2）反馈到材料方面，可以促进老材料的改进和新材）反馈到材料方面，可以促进老材料的改进和新材）反馈到材料方面，可以促进老材料的改进和新材）反馈到材料方面，可以促进老材料的改进和新材料的开发以及正确合理选材。料的开发以及正确合理选材。料的开发以及正确合理选材。料的开发以及正确合理选材。3 3）反馈到制造工艺，可以促进生产工艺的改进及新）反馈到制造工艺，可以促进生产工艺的改进及新）反馈到制造工艺，可以促进生产工艺的改进及新）反馈到制造工艺，可以促进生产工艺的改进及新工艺的应用。工艺的应用。工艺的应用。工艺的应用。4 4）反馈到使用、维修方面，可以从使用、操作、维）反馈到使用、维修方面，可以从使用、操作、维）反馈到使用、维修方面，可以从使用、操作、维）反馈到使用、维修方面，可以从使用、操作、维修、保养方面制定防止失效的措施。修、保养方面制定防止失效的措施。修、保养方面制定防止失效的措施。修、保养方面制定防止失效的措施。机械零件失效与机械产品可靠性设计机械零件失效与机械产品可靠性设计1 1、机械产品的可靠性评价、机械产品的可靠性评价、机械产品的可靠性评价、机械产品的可靠性评价2 2、可靠度：指产品在规定时间内及规定的使用条、可靠度：指产品在规定时间内及规定的使用条、可靠度：指产品在规定时间内及规定的使用条、可靠度：指产品在规定时间内及规定的使用条件下，无故障完成功能的概率。件下，无故障完成功能的概率。件下，无故障完成功能的概率。件下，无故障完成功能的概率。3 3、失效率：指产品工作到一定时刻内，在单位时、失效率：指产品工作到一定时刻内，在单位时、失效率：指产品工作到一定时刻内，在单位时、失效率：指产品工作到一定时刻内，在单位时间内发生失效的概率。间内发生失效的概率。间内发生失效的概率。间内发生失效的概率。 失效率曲线失效率曲线失效率曲线失效率曲线失效分析步骤失效分析步骤1、调查阶段、调查阶段2、实验室分析研究、实验室分析研究3、失效事后处理、失效事后处理第二章第二章 失效分析的基本程序和思路失效分析的基本程序和思路1、程序框图及案例、程序框图及案例2、失效分析的基本思路、失效分析的基本思路 1）对具体服役条件下的零件作具体的分析，）对具体服役条件下的零件作具体的分析，从中找出其主要的失效方式及主要失效抗从中找出其主要的失效方式及主要失效抗力指标。力指标。 2）研究各类失效现象的本质，失效抗力指）研究各类失效现象的本质，失效抗力指标与材料成分、组织、性能的关系，找出标与材料成分、组织、性能的关系，找出提高失效抗力指标的途径。提高失效抗力指标的途径。机械设备系统失效分析方法机械设备系统失效分析方法1 1、主次图法（巴雷托图）、主次图法（巴雷托图）、主次图法（巴雷托图）、主次图法（巴雷托图） 故障类别故障类别故障类别故障类别故障小时（相故障小时（相故障小时（相故障小时（相对频率）曲线对频率）曲线对频率）曲线对频率）曲线 通常将占累加百分比通常将占累加百分比通常将占累加百分比通常将占累加百分比0090%90%的部分或因素称为主的部分或因素称为主的部分或因素称为主的部分或因素称为主要部分或主要因素，其余要部分或主要因素，其余要部分或主要因素，其余要部分或主要因素，其余10%10%部分称为次要部分或部分称为次要部分或部分称为次要部分或部分称为次要部分或次要因素。次要因素。次要因素。次要因素。2、特征、特征因素图法因素图法 也称鱼骨分析法：也称鱼骨分析法：HBA ( Herring Bone Analysis)3、失效模式、影响和危害性分析（、失效模式、影响和危害性分析（FMECA)FMECA ( Failure Mode,Effect and Criticality analysis)1）程序：）程序： 1、划分、划分“功能块功能块” 2、找出各功能块的失效模式和影响、找出各功能块的失效模式和影响 3、分析失效原因、分析失效原因 4、进行各失效模式的危害性分析、进行各失效模式的危害性分析 5、综合因果、危害性分析，采取对策、综合因果、危害性分析，采取对策 6、填写、填写FMECA表表2）危害性定量分析）危害性定量分析 No= Nf Ne Nd No No ：故障危害顺序数：故障危害顺序数：故障危害顺序数：故障危害顺序数 NfNf ：故障发生频度或可能性：故障发生频度或可能性：故障发生频度或可能性：故障发生频度或可能性 NeNe：故障影响严重度：故障影响严重度：故障影响严重度：故障影响严重度 NdNd：故障发生的难易度：故障发生的难易度：故障发生的难易度：故障发生的难易度例：轿车手动臂设计的例：轿车手动臂设计的FMECA4、失效树分析、失效树分析 FTA ( Fault Tree Analysis ) 一种图解演绎方法，是对失效事件（可能一种图解演绎方法，是对失效事件（可能故障或意外事件）在一定条件下的逻辑推理故障或意外事件）在一定条件下的逻辑推理方法。方法。应用范围：应用范围：1）系统安全分析和事故分析，寻找薄弱环节，）系统安全分析和事故分析，寻找薄弱环节，制定预防措施。制定预防措施。2）系统可靠性分析，可靠性参数的定量计算。）系统可靠性分析，可靠性参数的定量计算。3）故障诊断和检修表的制订。）故障诊断和检修表的制订。4）危害性与风险评价。）危害性与风险评价。5）系统最佳探测器配置部位的判定。）系统最佳探测器配置部位的判定。失效树分析的内容和步骤大体为：失效树分析的内容和步骤大体为：1）选定顶事件（分析对象），建绘）选定顶事件（分析对象），建绘FT；2）确定最小割集，进行系统定性分析；）确定最小割集，进行系统定性分析；3）计算失效概率即重要度，进行定量分析；）计算失效概率即重要度，进行定量分析；4）根据）根据FTA所得的失效原因与部位，提出对所得的失效原因与部位，提出对策，以改进设计、丛选元器件、从新修改策，以改进设计、丛选元器件、从新修改维修和检验程序。维修和检验程序。失效树建立失效树建立1）选择顶事件，放在第一行；）选择顶事件，放在第一行；2）导致该事件发生的各直接因素并列放在第二）导致该事件发生的各直接因素并列放在第二行，用适当的事件符号和逻辑符号连接；行，用适当的事件符号和逻辑符号连接；3）导致各中间事件发生的直接因素并列放在第）导致各中间事件发生的直接因素并列放在第三行，用适当的事件符号和逻辑符号连接；三行，用适当的事件符号和逻辑符号连接；4）逐级展开，直到把最基本的因素都找出为止。）逐级展开，直到把最基本的因素都找出为止。例：直流电动机驱动水泵系统例：直流电动机驱动水泵系统失效树的定性分析和定量分析失效树的定性分析和定量分析失效树的定性分析和定量分析失效树的定性分析和定量分析例：草坪剪草机用往复式内燃机，可用蓄电池供电的电动机启动或用拉索例：草坪剪草机用往复式内燃机，可用蓄电池供电的电动机启动或用拉索例：草坪剪草机用往复式内燃机，可用蓄电池供电的电动机启动或用拉索例：草坪剪草机用往复式内燃机，可用蓄电池供电的电动机启动或用拉索人力启动，试就人力启动，试就人力启动，试就人力启动，试就“ “启动性能启动性能启动性能启动性能” ”进行失效树分析进行失效树分析进行失效树分析进行失效树分析 建绘建绘建绘建绘FT FT 定性分析定性分析定性分析定性分析定量分析定量分析定量分析定量分析第四章第四章 断口微观断裂形貌断口微观断裂形貌1 1、脆性断裂、脆性断裂、脆性断裂、脆性断裂解理断裂（脆性断裂）解理断裂（脆性断裂）解理断裂（脆性断裂）解理断裂（脆性断裂）舌状断口（脆性断裂）舌状断口（脆性断裂）晶间断晶间断2、韧性断裂、韧性断裂韧窝（空洞聚集）韧窝（空洞聚集）韧窝（空洞聚集）韧窝（空洞聚集） 宏观断裂情形宏观断裂情形宏观断裂情形宏观断裂情形 微观断裂示意图微观断裂示意图微观断裂示意图微观断裂示意图韧窝微观形貌韧窝微观形貌韧窝微观形貌韧窝微观形貌3、疲劳条纹（疲劳断裂）、疲劳条纹（疲劳断裂）脆性疲劳条纹脆性疲劳条纹腐蚀断口微观形貌腐蚀断口微观形貌1、应力腐蚀晶间断、应力腐蚀晶间断2、不锈钢腐蚀形貌、不锈钢腐蚀形貌第五章 疲劳2) 材料组织类型对疲劳极限的影响3) 材料纯度对疲劳极限有明显影响表面光洁度的影响第六章 案例失失 效效 分分 析析 报报 告告通钢通钢CCPPCCPP轴流压缩机动叶片轴流压缩机动叶片断裂故障分析断裂故障分析西安交通大学材料科学与工程学院 材料强度研究室 陈黄浦失失 效效 分分 析析 报报 告告 活塞头连接螺栓失效分析活塞头连接螺栓失效分析西安交通大学材料科学与工程学院西安交通大学材料科学与工程学院 材料强度研究室材料强度研究室 陈黄浦陈黄浦失失 效效 分分 析析 报报 告告大型曲轴断裂故障失效分析大型曲轴断裂故障失效分析 西安交通大学材料科学与工程学院西安交通大学材料科学与工程学院 材料强度研究室材料强度研究室 陈黄浦陈黄浦失 效 分 析 报 告 D系列风机叶轮故障分析 西安交通大学材料科学与工程学院 材料强度研究室 陈黄浦故障分析报告故障分析报告新疆八一钢厂新疆八一钢厂D1600D1600风机风机叶轮故障分析叶轮故障分析西安交通大学材料科学与工程学院 材料强度研究室 陈黄浦故障分析报告故障分析报告锅炉高温过热器管断水干烧过后使用性能评定西安交通大学材料科学与工程学院 材料强度研究室 陈黄浦故障分析报告故障分析报告叶片钢断裂分析及冶金质量和力学性能评定 西安交通大学材料科学与工程学院 材料强度研究室 陈黄浦分分 析析 报报 告告铝硅合金夹杂物的定性及准确分析铝硅合金夹杂物的定性及准确分析铝硅合金第二相的定性及准确分析铝硅合金第二相的定性及准确分析西安交通大学材料科学与工程学院 材料强度研究室 陈黄浦谢谢