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Cessna172R飞机刹车作动筒活塞杆疲劳损伤的分析及维护作者：刘力来源：《科技创新导报》 2015年第3期刘力(中国民航飞行学院广汉分院四川广汉 618307)摘?要:该文分析了Cessna172R飞机刹车作动筒活塞杆在操作中的受力情况，断裂原因，结合实例说明了疲劳损伤的特性以及对航空器安全的影响，并对活塞杆的疲劳损伤提供预防参考措施，对其今后的维护工作提出参考方法。
关键词：疲劳损伤活塞杆应力突变时控件中图分类号:TG115文献标识码:A 文章编号:1674-098X（2015）01(c)-0066-02疲劳损伤在航空领域一直是难题，而且危害性极大。
某日，一架Cessna172R飞机在滑行过程中，机组反映左刹车失效，经检查发现该机左刹车作动筒活塞杆与叉形接头连接的螺纹根部断裂。
1 受力分析1.1 活塞杆的运动分析Cessna172R飞机刹车作动筒活塞杆在飞行操作中主要表现为两种运动：一种是活塞杆在刹车作动筒内的上下往复运动，主要表现在刹车操作时；另一种是活塞杆带动刹车作动筒的前后来回转动，主要表现在转向操作时。
而在实际操作中，活塞杆往往是作这两种运动的复合运动，即脚蹬作动时是伴随着刹车和转向这两个过程，如图1。
1.2 活塞杆的受力分析通过活塞杆的运动分析可以看出，在操作时其主要受到两种力的作用：一种是压应力，主要表现在刹车操作时；另一种是弯曲应力，主要表现在转向操作时。
实际操作中，活塞杆是同时受这两种力的作用，并且在长期往复的操作中，作用力的大小、位置、方向不断变化，如图2。
2 疲劳损伤2.1 疲劳损伤的特点疲劳损伤是指由于重复荷载作用而引起的结构材料性能衰减的过程，是循环载荷过程中的损伤累积，表现为疲劳裂纹的发生、发展、形成宏观裂纹、发生破坏的全过程。
疲劳损伤的特点：载荷应力是交变的；载荷的作用时间较长；断裂是瞬时发生的。
对于航空器，尤其是在操纵系统等重要结构上，这种突发的不可预期的破坏是灾难性的。
浅析金属材料疲劳断裂的影响因素及预防措施张梓锐【摘要】金属材料是我们日常生活中使用最广泛的材料,据统计金属材料的断裂失效中80％是疲劳断裂,疲劳断裂是影响金属材料使用安全性的一个重要因素.本文概述了金属材料疲劳断裂的影响因素,如应力集中、表面加工质量、环境与温度等,也浅析了相应的预防措施,对金属材料疲劳断裂的理论认知及实践预防做出了一定的指导.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】3页(P12-14)【关键词】金属材料;疲劳断裂;影响因素;预防措施【作者】张梓锐【作者单位】郑州市第47中学河南 450000【正文语种】中文【中图分类】T1.前言(1)金属材料的疲劳日常生活中使用的多数金属材料机械零部件承受的载荷都是随时间变化而变化的。
材料在交变载荷作用下，发生的破损或断裂叫做疲劳破坏。
疲劳破坏的特征和静力作用下的破坏有着本质的不同，主要有以下特征：在交变载荷作用下，材料所受的应力，即使低于材料的屈服强度，疲劳破坏也会发生，力的大小并不是决定疲劳发生与否的决定因素。
而静载荷作用下的破坏，一般发生在力较大高于屈服强度时。
不管脆性材料或者塑性材料，疲劳断裂时都不会表现出明显的塑性形变，而是突然断裂，这种突然性会更让人猝不及防，从而产生更大的危险。
材料发生疲劳破坏时，一般是在局部发生。
所以对于某些受力比较集中的部位，以及容易产生疲劳破坏的部位，通过定期的更换材料，可以改善疲劳情况，严重整体部件的使用寿命。
材料发生疲劳破坏时，并不是一蹴而就的。
疲劳破坏是一个由裂纹萌生、扩展、最终导致断裂的过程。
过程时间的长短取决于疲劳发生的条件和所处的环境。
(2)疲劳的分类一般情况下，疲劳是指材料在室温空气中，受交变载荷作用下，发生的疲劳。
在实际工作中，常遇到不同载荷条件、环境温度或介质情况，因而产生不同类型的疲劳。
①按疲劳过程中的应力类型来分类：A.高周疲劳：交变应力低于材料屈限点且循环周次一般大于的疲劳；B.低周疲劳：交变应力超过屈服点且循环周次在以下的疲劳。
某车型驱动桥后桥壳开裂分析某款车型在矿区山路行驶过程中，驱动桥后桥壳在钢板弹簧位置附近发生开裂，有齿轮油渗出，此失效后桥壳为钢板冲压件，通过气体保护焊焊接而成，其主体为上下两半冲压件。
本文主要对失效件断口通过宏观观察、微观分析、金相检测，确定后桥壳开裂性质，分析可能开裂的原因。
标签：驱动桥后桥壳；钢板弹簧；开裂；断口分析驱动桥后桥壳是汽车重要的组成部分，它不但支撑着汽车的重量，将载荷传递给车轮，还承受制动工况、驱动工况、横向工况、纵向工况及上下跳工况产生的力或力矩，并经悬架传递给车身或车架。
在汽车行驶过程中，由于道路条件的千变万化，桥壳受到车轮与地面间产生的冲击载荷影响，可能引起桥壳变形或开裂，甚至断裂，因此驱动桥后桥壳应具有足够的强度和刚度。
同时其内部装有减速器、差速器、车轮传动装置及齿轮油，不但可以保护上述零部件受到外界的破坏，还可以通过内部的齿轮油润滑零部件之间的摩擦，降低零部件摩擦产生的温度，提高其寿命，所以合理的设计制造驱动桥后桥壳是提高汽车行驶稳定性和操作性的重要措施，如驱动桥后桥壳失效，会影响整车操稳，甚至发生交通事故，威胁生命。
某款车型在矿区行驶过程中，驱动桥后桥壳开裂，对失效件进行分析，结果如下：1 宏观观察驱动桥后桥壳外观及开裂位置见图1，桥壳的开裂位置在桥壳背面，位于钢板弹簧支座附件，与车辆前进方向相反，沿桥壳周向分布，后桥壳表面为电泳黑漆处理，开裂区域附件未见撞击、磕碰等异常损伤。
在后桥壳上截取失效位置，外观见图2。
图1 后桥壳整体结构图图2 失效样件外观观察断口形貌，发现断口表面较为平整，有少量的塑形变形，端口上可观察到较为明显的疲劳源区和疲劳弧线，裂纹扩展方向为沿后桥壳周向，瞬断区出现了严重的磨损，后桥壳源区起源于焊缝区外表面一侧。
为进一步对断口进行观察，将断口放于显微镜下进行观察，后桥壳源区起源于焊缝外表面一侧，为点源特征，源区被少量油污覆盖，但仍能观察到明显的疲劳辉纹，辉纹大小间距不等。
重庆大学学术型硕士研究生培养方案力学（专业代码：080100）一、培养目标本学科专业培养能够从事力学方面的教学、科研或相关工程设计工作的高层次人才。
学位获得者应具备坚实的力学和数学基础理论和较宽广的专业知识；较为熟练地掌握一门外国语；了解本学科理论研究和工程应用的前沿动态；具有一定的理论分析、试验研究及数值分析能力，能结合与本学科相关的实际问题从事科学研究或工程技术工作，并取得较系统的研究成果。
二、学科、专业及研究方向简介重庆大学工程力学专业创建于1978年。
1981年获得固体力学硕士学位授权点，是全校最早的硕士授权点之一；1986年获得固体力学博士学位授权点，是原重庆大学八个最早获得博士学位授权点的学科之一；2003年获得力学博士学位授权一级学科；2007年力学一级学科被确立为重庆市重点学科。
重庆大学力学博士学位授权一级学科包括固体力学、工程力学、流体力学和一般力学与基础力学四个二级学科博士学位授权点；固体力学、工程力学、流体力学和一般力学与基础力学四个硕士学位授权点。
本学科拥有先进的MTS材料实验机和并行计算机系统等一批重要设备，为力学理论、试验和数值研究提供必要的条件。
近年来，本学科承担了数十项国家和省部级项目以及大量重点横向合作项目，获得了丰富的科研成果。
1. 本学科主要研究领域：（1）多场耦合理论与智能材料及结构力学（2）生物材料力学与高性能复合材料制备（3）材料与结构的强度与破坏（4）超常环境下材料及其微结构特性的理论与测试（5）纳米材料特性及其微结构机理、多尺度及跨尺度分析（6）结构动态特性及失效（7）结构运动与变形耦合动力学及控制（8）微重力下晶体生长过程的流体动力学、热张力流和浮力流理论、方法及其应用（9）输配电装备及系统安全的关键力学问题（10）多孔介质力学及其应用（11）生物力学（12）振动测试理论与技术（13）智能与虚拟仪器的研制与开发（14）可压缩流体动力学（15）超音速流和冲击波（16）线性波和非线性波2. 主要研究方向：（1）材料的强度理论与破坏机理（2）智能材料及结构力学（3）材料特性的多尺度及跨尺度分析（4）结构分析与优化（5）结构振动及控制（6）复合材料力学（7）非线性动力学（8）力学测试技术及仪器（9）计算流体力学（10）气体动力学（11）线性波与非线性波（12）浅水动力学（13）多相流体力学（14）环境流体力学（15）生物力学（16）振动、冲击的测试、模拟与控制（17）冲击动力学（18）多体系统动力学与控制（19）岩石、混凝土强度（20）复杂力学问题数值计算方法与软件（21）结构可靠性分析与设计（22）结构健康监测（23）工程流体力学（24）岩土力学与岩土工程稳定性三、学习年限学术型硕士生的学习年限一般为二年至三年。
080502 材料学专业硕士学位研究生培养方案一、学科简介材料科学与工程学科是关于材料的成分、微观组织结构、及其相应的材料制备加工工艺和它们的性能与用途之间有关的知识的开发和应用的科学，是人类进步的标志和当代科学技术的支柱学科之一，也是国家鼓励发展的综合性边缘学科，对人类社会的发展起着愈来愈重要的作用。
在原材料和资源方面我省具有较大的优势，对材料的需求量大、质量、性能要求高，这为材料研究、开发、应用及学科的发展创造了良好的条件。
本专业主要从事材料制备工程、高分子材料、金属材料等方面的研究。
材料制备工程是一门关于材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律的科学。
本学科方向培养的硕士研究生既可从事材料制备和加工技术的研究，也可从事材料特性及其表征的研究开发工作。
高分子材料方向以“国家复合聚合物材料工程技术研究中心（为贵州大学材料冶金学院研究生培养基地）”为支撑,以实现聚合物结构材料和功能材料的高性能化、功能化、环境友好化等相关的科学问题和工程化技术问题的研究为主线；以超微细粉体/聚合物复合改性为主要特色，注重理论研究与产业化应用相结合，经过研究生阶段的学习，使学生掌握系统的聚合物材料结构与性能、改性与加工方面的理论知识和科学研究的思维方法，大力培养学生的应用知识能力和动手能力，为今后胜任复杂的实际工作或进一步深造奠定良好的基础。
本研究方向具有较强的学术和技术优势，有多项国家“863”、国家功关及省级科研项目支持，拥有国家“百千万人才工程”第一、二层次人选2人，具有设备先进、配套齐全的实验室研究、中试试验和产业化示范生产的聚合物材料研发平台。
金属材料研究方向的特点在于研究金属材料的微观结构和组织，以及在不同特定环境下微观结构的变化状态对金属材料宏观性能所产生的影响，从而根据金属材料的实际服役条件进行材料成分、结构及生产工艺的设计，并建立描述金属材料宏观性能与微观结构关联性的表征方法。
金属材料是我校传统的优势学科，近年来我校在高性能金属材料方面的科学研究、技术开发形成了一支结构合理、勤于专研、勇于创新的学术团队，先后研发了稀土变质合金化铸钢、微变形高强韧贝氏体钢、高强度铸造铝合金等新型耐磨材料和高强度结构材料，并在工程机械、齿轮材料、钎具、烟草机械、汽车零部件生产等行业中获得工业化应用，为企业获得了数千万元的效益，为我省的经济建设和西部开发做出了贡献。
疲劳与断裂课程,,学习指南疲劳与断裂课程学习指南一、教材教育部面向21 世纪课程教材：陈传尧编著，疲劳与断裂，华中科技大学出版社，2002 年。
二、辅助教材王忠光译，S. Suresh（美）著，材料的疲劳，北京：国防工业出版社，1999年第二版郑朝云、张式程译，D. 拉达伊（德）著，焊接结构疲劳强度，北京：机械工业出版社，1994 年第一版熊俊江著，疲劳断裂可靠性工程学，北京：国防工业出版社，2008 年第一版三、教学内容疲劳与断裂课程共分10 章。
第一章绪论；第二、三和四章介绍疲劳裂纹萌生及其研究方法，包括高周应力疲劳和低周应变疲劳，以及疲劳问题研究的统计学基础；第五、六和七章介绍弹塑性断裂力学基础，包括断裂扩展判据、断裂控制设计方法，以及工程常见的表面裂纹的应力强度因子；第八、九和十章介绍疲劳裂纹扩展的研究和预测方法。
各章主要内容如下。
第一章绪论，介绍疲劳的基本概念，疲劳断裂破坏事故的严重性，疲劳设计的主要方法和发展历史，疲劳破坏的特征和机理，疲劳断裂问题研究的一般方法。
第二章应力疲劳，介绍应力疲劳的基本概念，S-N 曲线及其近似估计，平均应力、载荷形式、尺寸效应、结构件表面光洁度、表面处理，以及温度与环境等对材料疲劳性能的影响，在给定寿命下循环应力幅与平均应力之间的关系，等疲劳寿命图，考虑缺口的疲劳问题，Miner 线性累积损伤理论，变幅载荷谱下的疲劳问题，简化雨流循环计数法，随机载荷谱下的疲劳问题。
第三章疲劳应用统计学基础，介绍疲劳数据的分散性，描述疲劳寿命分布的两种主要分布函数：正态分布和威布尔分布，二元线性回归方法，S-N 曲线和p-S-N 曲线的拟合，以及利用回归方程进行寿命问题的统计推断。
第四章应变疲劳，介绍应变疲劳的基本概念，单调的应力应变响应及其描述，滞后环，循环应力应变响应及其描述，材料的记忆特性，变幅循环应力应变响应计算，应变寿命曲线与平均应力影响，考虑缺口的应变寿命分析。
