失效分析-第6講-失效評估

XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY失效評估的初步常用實驗檢測方法選用常用失效分析思維方法簡介第6講

失效評估及常用檢測技術(shù)1XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY6.1失效評估的提出-2-單件生產(chǎn)與批量生產(chǎn)單件失效分析與批量質(zhì)量控制偶然失效與必然性失效率與零件壽命把個體的失效事件轉(zhuǎn)化成群體的失效概率事件進行分析，通過數(shù)理統(tǒng)計方法分析零件或零件集成系統(tǒng)的失效或安全的可能性概率失效評估XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY6.2應(yīng)力——強度分布干涉理論-3-零件要可靠使用，其強度必須超過外載荷的總應(yīng)力零件傳統(tǒng)設(shè)計時，只考慮材料的平均強度和平均載荷批量材料的強度和實際載荷均按一定的概率分布批量材料的強度概率分布和實際載荷的概率分布重疊時，零件將發(fā)生失效減少失效事件發(fā)生的概率提高平均強度降低平均載荷概率分布變窄載荷—優(yōu)化設(shè)計材料與零件質(zhì)量控制XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY6.3當量初始裂紋尺寸概率分布-4-零件加工過程中必然產(chǎn)生某些缺陷（如：表面缺陷、殘余應(yīng)力等實際材料或構(gòu)件中必然存在某些微觀缺陷（如：夾雜、氣孔、位錯等）這些缺陷按一定的參數(shù)符合概率分布按損傷力學的觀點，將這些缺陷等效成當量初始裂紋。若當量裂紋擴展到一定尺寸時的壽命即為零件的壽命零件的壽命也有一定的概率分布XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY6.4影響失效的不確定因素分析-5-零件形狀和尺寸在設(shè)計公差范圍內(nèi)的波動實際材料基本性能參數(shù)隨成分和加工工藝過程的變化載荷的隨機變化引起的危險應(yīng)力的變化零件損傷程度的檢測估計的誤差。形成失效事件發(fā)生的不確定性XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY6.5失效失效分析常用檢測技術(shù)方法的種類和選取-6-選取原則可信性有效性可能性經(jīng)濟型XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY6成分分析方法-7-檢驗和判別是否混料化學成分是否合格有害元素（AS、Sb、Bi、Pb、Sn、P、S等）塊樣成分分析濕法化學分析發(fā)射光譜法等定性、半定量、定量相關(guān)成分與失效的關(guān)系局部及微區(qū)成分（源區(qū)成分第二相成分環(huán)境產(chǎn)物的成分）電子探針（EDX和WDX）離子探針薄膜透射掃描如表面腐蝕沿晶斷裂的原因表面及界面成分俄歇電子能譜儀(AES)X射線光電子能譜(ESCA)二次離子質(zhì)譜(SIMS)環(huán)境對失效過程的影響氣氛或介質(zhì)的成分質(zhì)量分析儀氣相色譜儀吸收光譜儀XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY7成分分析思路-8-XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY8結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分析方法-9-X射線法電子衍射穆斯波爾譜儀基體、第二相、雜質(zhì)或腐蝕產(chǎn)物相結(jié)構(gòu)分析蝕坑法二面角法電子通道花樣表面痕跡法基體位相結(jié)構(gòu)晶體位相分析脆性涂抹法（定性)應(yīng)變片法（定量)光彈法和光彈涂料法密柵云母法磁致伸縮法內(nèi)應(yīng)力宏觀應(yīng)力（1類）X射線法微觀應(yīng)力（2、3類)通過成分不能確定的異相、氧化物、腐蝕產(chǎn)物、第二相斷裂面的晶面指數(shù)和裂紋晶向分析應(yīng)力狀態(tài)主應(yīng)力主應(yīng)變方向及數(shù)值殘余應(yīng)力工作應(yīng)力XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY9統(tǒng)計圖表法-10-對零件過去時效事件進行統(tǒng)計分析，用合適的圖表形式表示出來；可以提供失效發(fā)生及發(fā)展的一般規(guī)律，可供類比；對于中、短期預(yù)測較為有效。安全系統(tǒng)工程事故危險識別技術(shù)的實用方法。失效比重圖用一定的幾何尺寸代表該類失效所占的比重失效趨勢圖用連續(xù)曲線的升降變化反映失效的動態(tài)變化過程的圖形失效主次圖以失效模式、失效機理、或失效原因為對象，按失效的數(shù)量主次排列成圖。失效控制圖是在失效趨勢圖的基礎(chǔ)上，標有控制界限的趨勢圖失效分布圖失效地區(qū)平面分布以圖的形式表示出來XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY10文字表格法-11-是一種失效識別方法；包括：安全檢查表、預(yù)計危險分析法、特性因素圖法、失效模式影響和致命度分析法。壓力容器疲勞斷裂失效特性因素圖XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY11失效樹分析法（FTA）-12-失效樹分析法（FaultTreeAnalysis）：對可能造成系統(tǒng)失效的各種因素(包括軟件、硬件、環(huán)境、人為因素等)進行分析，畫出邏輯框圖，即失效樹。確定系統(tǒng)失效原因的各種可能的組合方式和發(fā)生概率，以計算系統(tǒng)失效概率，擬采取相應(yīng)的糾正措施，以及提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計分析方法。1—構(gòu)件破壞；2—過載；3—應(yīng)力腐蝕開裂；4—氫脆；5—疲勞；6—應(yīng)力腐蝕臨界引力強度；7—造成開裂物質(zhì)的臨界濃度；8—構(gòu)件上的負載；9—附加引力；10—臨界氫濃度；11—除氫以外其它物質(zhì)的臨界濃度；12—加工缺陷引起的引力集中；13—使用過程中附加引力的變化；14—臨界氫濃度；15—氫脆的臨界引力強度；16—附加引力；17—構(gòu)件上的負載；18—加工缺陷引起的引力集中；；19—殘余引力某超高強度鋼構(gòu)件破壞的失效樹XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY-13-所謂最小割集是指包含在這個集合里的全部基本事件發(fā)生是造成頂事件發(fā)生的必要充分條件，它表示系統(tǒng)的危險性，每一個最小割集都是頂事件發(fā)生的一種可能；即最小割集表示了哪些故障和差錯同時發(fā)生時，頂事件就發(fā)生。失效樹中有幾個最小割集，頂事件的發(fā)生就有幾種可能。最小劑集越多，系統(tǒng)越危險。T=G1=x2+G2+G3+x5=x2+G4G5+x14G6+x5

=x2+G4G5+x14G6+x5=X'2+x8G7(x10+x11)+x14(G8x17)+x5=x2+x8(x12+x13)(x10+x11)+x14(x18+x19)x17+x5=x2+x8x12x10+x8x12x11+x8x13x10+x8x13x11+x14x18x17+x14x19x17+x5其結(jié)果得到了8個最小割集，即：{x2}，{x8x12x10}，{x8x12x11}，{x8x13x10}，{x8x13x11}，{x14x18x17}，{x14x19x17}，{x5}。11失效樹分析法（FTA）定性分析-最小割集的求解XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY-14-定量分析11失效樹分析法（FTA）XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY-15-所謂最小徑集是指包含在這個集合內(nèi)部的基本事件不發(fā)生，就保證頂事件不發(fā)生的基本事體的最小組合，它表示系統(tǒng)的安全性。即有幾個最小徑集就有幾種使頂事件不發(fā)生的可能方案，它為控制事故提供依根。失效樹中最小徑集越多，系統(tǒng)越安全。最小徑集的求法是利用它與最小割集的對偶性的原理進行的。將失效樹畫成與之對偶的“成功樹”(即把失效樹中的“與門”變成“或門”，“或門”變成“與門”，其它事件不變，這樣就得了成功樹)，然后再按求最小割集的方法來求成功樹的最小割集，而成功樹的最小割集便是原失效樹的最小徑集。定性分析-最小徑集的求解11失效樹分析法（FTA）XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY-16-11失效樹分析法（FTA）用布爾代數(shù)計算結(jié)果，得到成功樹的9個交集，即：{X'2X‘8X'14X'5},{X'2X'12X'13X'14X'5},{X'2X'8X'18X'19X'5},{X'2X'3X'17X'5},{X'2X'12X'13X'18X'19X'5},{X'2X'12X'13X'17X'5},{X'2X'10X'11X'14X'5},{X'2X'10X'11X'18X'19X'5},{X'2X'10X'11X'17X'5}XI’ANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY-17-11失效樹分析法（FTA）FTA法具有很大的靈活性，不只局限于對系統(tǒng)可靠性作一般分析，可以分析系統(tǒng)的各種失效狀態(tài)；FTA法既可以分析某些零部件失效對系統(tǒng)的影響，還可以對導(dǎo)致這些零部件失效的特殊原因進行分析；FTA法是可以圍繞某些特定的失效狀態(tài)作層層深入的分析；在清晰的失效樹圖形下，表達了系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，并指出零部件失效與系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，找出系統(tǒng)