可靠性失效分析常见方法
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可靠性的研究方法
研究可靠性的方法有多种,以下是其中一些常用的方法:
1.可靠性测试:通过对产品、系统或设备进行长期运行或负载测试,记录故障发生的时间和原因,从而评估其可靠性水平。
2.可靠性分析:使用统计方法和数学模型来分析产品或系统的可靠性,包括可靠性理论模型、故障树分析、事件树分析等。
3.可靠性建模:通过建立可靠性模型,描述系统的故障行为和故障模式,并使用该模型来分析和评估系统的可靠性水平。
4.可靠性实验:通过进行实际实验或仿真实验来评估产品或系统的可靠性特性,例如加速寿命试验、模拟故障试验等。
5.可靠性指标分析:通过对可靠性指标(例如MTBF、故障率等)进行统计和数据分析,评估产品或系统的可靠性水平,并找出潜在的故障模式和改进方向。
6.失效分析:通过对产品或系统失效的原因进行深入分析,找出潜在的故障源,并提出相应的改进措施,提高产品或系统的可靠性。
7.可靠性预测:通过使用可靠性预测方法,根据分析数据和模型,预测产品或系
统在未来的可靠性水平,并进行风险评估和决策支持。
以上是一些常用的可靠性研究方法,研究者可以根据具体需求和研究对象选择合适的方法进行研究。
可靠性评估指标可靠性评估指标是对产品、系统或服务在特定时间内正常运行的能力进行评估的方法和标准。
通过可靠性评估,我们可以得出一个可靠性指标,用以衡量产品或系统的稳定性和可靠性。
本文将探讨可靠性评估指标的定义、重要性以及常见的可靠性评估方法。
一、可靠性评估指标的定义可靠性评估指标是衡量产品、系统或服务在一定时间内正常运行的能力的量化指标。
它反映了产品或系统在适应各种操作条件下的性能表现,并预测了其在特定时间段内发生故障的概率。
可靠性评估指标通常包括以下重要指标:1. 故障率:故障率是指在给定时间内发生故障的频率,通常以每单位时间的故障次数表示,如每小时故障次数。
2. 平均无故障时间(MTBF):MTBF是指平均工作时间与故障次数之比,表示平均无故障的时间间隔。
3. 可靠性:可靠性是指产品或系统在给定时间内正常运行的概率。
它是一个用于描述产品或系统稳定性的概率值,通常以百分比或小数表示。
二、可靠性评估指标的重要性可靠性评估指标对于衡量产品或系统的可靠性非常重要。
它不仅可以帮助企业评估产品或系统的性能表现,还可以为产品或系统的设计、制造和维护提供参考依据。
以下是可靠性评估指标的重要性:1. 风险管理:通过可靠性评估指标,企业可以了解产品或系统的故障概率,从而减少潜在的风险和损失。
可靠性评估指标可以帮助企业确定应对故障的措施和应急预案,以提高产品或系统的可靠性和安全性。
2. 产品优化:可靠性评估指标可以帮助企业发现产品或系统的弱点和不足之处,从而进行针对性的改进。
通过改善产品或系统的可靠性,企业可以提高产品质量和用户满意度,增强竞争力。
3. 成本控制:可靠性评估指标可以帮助企业优化维护计划和制定更有效的维修策略。
通过减少故障次数和维修时间,企业可以降低维修成本,并提高资源利用效率。
三、常见的可靠性评估方法可靠性评估方法是根据产品或系统的特点和需求选择的一种评估手段。
以下是常见的可靠性评估方法:1. 失效模式与影响分析(FMEA):FMEA是一种通过分析产品或系统的失效模式及其对业务的影响来评估可靠性的方法。
失效分析方案一、引言失效分析是指通过对失效部件或系统的实物、历史数据、现场情况等进行研究和分析,找出失效原因和规律,以制定相应的解决方案。
失效分析在工程技术和产品开发中起着重要的作用,能够帮助我们定位问题、改进设计和提高可靠性。
本文将针对失效分析的具体步骤和相关工具进行详细介绍。
二、失效分析步骤失效分析一般包括以下几个步骤:2.1 收集信息在进行失效分析之前,需要收集相关信息,包括失效部件或系统的历史数据、技术规格、工作环境等。
这些信息对于分析失效原因和制定解决方案非常重要。
可以通过调查问卷、现场观察和采集资料等方式获取所需信息。
2.2 确定失效目标失效目标是指要分析的失效部件或系统。
根据收集到的信息,确定需要进行失效分析的具体对象。
例如,如果是对某个机械零部件的失效进行分析,则失效目标可以是这个零部件的某个具体型号或批次。
2.3 进行失效模式分析失效模式分析是寻找失效原因的重要方法。
通过对失效部件或系统的实物进行观察和测试,确定其失效模式。
失效模式可能是由于材料疲劳、设计缺陷、制造问题等引起。
通过分析失效模式,可以初步判断可能的失效原因。
2.4 进行实验和测试为了进一步验证失效模式和找出具体的失效原因,需要进行实验和测试。
可以通过对失效部件进行实验加载、材料结构分析、金相测试等方式,找出可能的失效原因。
同时,还需要记录实验和测试过程中的数据和观察结果,为后续的分析提供依据。
2.5 分析失效原因在收集到足够的信息和实验数据后,可以进行失效原因分析。
根据实际情况,可以采用多种方法进行分析,如质量分析、故障树分析、因果分析等。
通过分析失效原因,找出导致失效的根本原因,并制定相应的解决方案。
2.6 制定解决方案最后,根据对失效原因的分析,制定解决方案。
解决方案应该针对具体的失效原因,从材料、设计、制造等方面进行改进或优化。
制定解决方案时应注意可行性和经济性,并进行风险评估。
同时,还需要考虑后续的执行和跟踪,确保解决方案的有效性。
设备可靠性可靠性评估方法在现代工业生产和日常生活中,设备的可靠性至关重要。
无论是复杂的大型机械,还是日常使用的家用电器,其可靠运行都直接影响着生产效率、生活质量以及安全性。
因此,对设备可靠性进行准确评估成为了一项关键任务。
设备可靠性指的是设备在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。
简单来说,就是设备能够稳定、持续地正常工作的程度。
要评估设备的可靠性,需要综合考虑多个因素,并运用合适的方法和技术。
常见的可靠性评估方法之一是故障模式及影响分析(FMEA)。
这种方法通过对设备可能出现的故障模式进行分析,评估每种故障模式对设备性能和功能的影响程度。
首先,需要详细了解设备的结构、工作原理和运行环境。
然后,识别出可能出现的各种故障模式,比如零件损坏、电路故障、软件错误等。
对于每一种故障模式,分析其可能导致的后果,包括对设备自身、整个系统以及使用者的影响。
同时,评估故障发生的可能性和检测的难易程度。
通过这种全面的分析,可以确定设备的潜在风险点,并采取相应的预防和改进措施,以提高设备的可靠性。
另一种常用的方法是可靠性框图分析(RBD)。
它通过构建设备各组成部分之间的逻辑关系图来评估可靠性。
在可靠性框图中,每个部件都被表示为一个方框,方框之间的连线表示它们之间的逻辑关系,如串联、并联等。
串联系统中,只要有一个部件失效,整个系统就会失效;而在并联系统中,只要有一个部件正常工作,系统就能正常运行。
通过分析这些逻辑关系,可以计算出整个系统的可靠性指标,如可靠度、失效率等。
这种方法直观易懂,能够帮助我们快速了解设备各部分对整体可靠性的影响。
还有一种重要的方法是故障树分析(FTA)。
它以一种倒推的方式来分析可能导致设备故障的原因。
从设备的故障状态开始,逐步分析导致故障发生的各种因素和事件,并以树形结构展示出来。
通过对故障树的定性和定量分析,可以确定导致故障的关键因素,以及故障发生的概率。
例如,如果一台机器突然停止工作,我们可以通过构建故障树,分析是电源故障、机械部件损坏、控制系统出错还是其他原因导致的。
某产品的累积失效分布函数
累积失效分布函数是一种常用的可靠性分析方法,用于描述产品在特定时间内出现失效的可能性。
一般情况下,我们会对某一产品进行多次测试,并记录下每次测试的失效时间。
通过对这些数据进行分析,我们可以得到该产品的累积失效分布函数。
累积失效分布函数(Cumulative Distribution Function, CDF)是指在某一时间内,产品出现失效的概率。
在可靠性分析中,我们通常会使用Weibull分布、Exponential分布等概率分布函数来描述累积失效分布函数。
其中,Weibull分布通常用于描述产品的寿命分布,而Exponential分布则适用于描述产品的故障率分布。
在实际应用中,我们常常需要对产品进行寿命测试,以确定其可靠性。
寿命测试是一种通过对产品进行长时间运行来测试其失效时间和失效模式的方法。
在进行寿命测试时,我们需要对产品进行多次测试,并记录下每次测试的失效时间。
通过对这些数据进行分析,我们可以得到产品的累积失效分布函数,从而评估产品的可靠性。
除了寿命测试,我们还可以通过故障率测试来确定产品的可靠性。
故障率测试是一种通过对产品进行短时间运行来测试其故障率和故障模式的方法。
在进行故障率测试时,我们需要对产品进行多次测试,并记录下每次测试的故障率。
通过对这些数据进行分析,我们可以得到产品的故障率分布函数,从而评估产品的可靠性。
累积失效分布函数是一种常用的可靠性分析方法,可以帮助我们评估产品的可靠性。
在实际应用中,我们可以通过寿命测试或故障率测试来确定产品的可靠性,并利用累积失效分布函数来描述产品的失效概率分布。
竞争失效模型的统计推断和可靠性分析竞争失效模型的统计推断和可靠性分析引言在现代社会中,竞争已经成为企业生存与发展的重要因素。
为了在竞争激烈的市场环境中取得成功,企业需要不断创新、提高产品和服务的质量。
然而,由于外部和内部因素的影响,产品竞争力可能会出现失效。
本文将介绍竞争失效模型的统计推断和可靠性分析的相关概念和方法,以帮助企业预测和解决竞争失效问题。
竞争失效模型的基本原理竞争失效模型是一种用于分析产品竞争力的工具,它基于竞争失效数据,通过建立数学模型和统计推断方法,来评估和预测竞争失效的可能性。
竞争失效模型包括两个核心概念:竞争失效和可靠性。
竞争失效指产品在市场竞争中失去竞争力的情况。
它可以是因为产品设计、质量问题、市场需求变化等原因导致的。
竞争失效通常表现为产品销售量下降、市场份额减少等。
可靠性是指产品在一定时间内正常运行的能力。
在竞争失效模型中,可靠性就是产品的竞争力。
可靠性分析的目的是通过评估产品的性能、质量和经济指标,来预测产品的竞争力。
竞争失效模型的统计推断方法竞争失效模型的统计推断方法包括回归分析、生存分析和贝叶斯统计。
回归分析是一种通过建立线性或非线性回归模型来研究因变量与自变量之间关系的方法。
在竞争失效分析中,回归分析可以用来建立竞争失效模型,以确定哪些因素会对产品竞争力产生影响。
生存分析是一种用于研究时间数据的统计方法。
在竞争失效模型中,生存分析可以用于评估产品竞争力的持续时间和失效概率。
通过生存函数和风险函数的分析,可以对竞争失效的发生和影响因素进行预测。
贝叶斯统计是一种基于贝叶斯定理的统计推断方法。
在竞争失效模型中,贝叶斯统计可以用于对竞争失效的概率进行估计。
通过结合先验知识和观测数据,可以得出竞争失效的后验概率分布,从而对竞争失效的发生进行预测。
竞争失效模型的可靠性分析方法竞争失效模型的可靠性分析方法包括可靠性指标、可靠性增长模型和可靠性优化模型。
可靠性指标是用来度量产品竞争力的指标。
材料力学模型和失效分析方法材料力学模型和失效分析方法是材料科学与工程领域中非常重要的研究和实践内容。
通过建立适当的力学模型和采用合适的失效分析方法,可以揭示材料的力学行为和失效机制,为设计和制造高性能材料和组件提供科学依据。
本文将探讨材料力学模型和失效分析方法的基本概念、应用意义以及一些常见的模型和方法。
材料力学模型是描述材料的宏观力学行为的数学模型。
它通过几何形状、内部结构和材料特性等因素来描述材料的应力-应变关系。
材料力学模型可分为理论模型和经验模型两种。
理论模型是基于材料的微观结构和力学原理推导而来的,如弹性理论、塑性理论等。
经验模型是通过实验数据拟合得到的,对特定材料或特定条件下的力学行为进行近似描述。
常见的材料力学模型包括线性弹性模型、非线性弹性模型和塑性模型等。
线性弹性模型是最基本的材料力学模型之一。
它是建立在胡克定律的基础上,假设材料在小应变范围内具有线性的应力-应变关系。
这种模型适用于强度较高的刚性材料,如金属。
同样重要的是非线性弹性模型,它考虑了材料在大应变下的非线性行为。
这种模型常用于强度较低的柔性材料,如橡胶。
塑性模型则用于描述材料的可塑性行为,主要应用于塑性变形过程的分析和预测。
失效分析方法是在材料失效问题中应用的一系列分析技术。
它们通过观察、测试和计算等手段,对材料失效的机理进行研究和分析。
失效分析的目标是找出材料失效的原因和机制,以便采取相应的措施来避免或延缓失效。
常见的失效分析方法包括金相分析、断口分析和有限元分析等。
金相分析是通过对材料的显微组织进行观察和测试,来了解材料的组织特征和性能状况。
通过金相分析,可以得出材料的晶体结构、晶界、相含量和多相分布等信息,从而推断失效的机理和形态。
断口分析是通过对材料的断口形貌进行观察和分析,来了解材料失效的形式和机理。
不同的断口形貌反映了不同的失效方式,如脆性破裂、韧性断裂和疲劳断裂等。
有限元分析是一种基于数值计算的方法,通过模拟材料的力学行为和受力状态,预测材料的应力分布和变形情况。
怎样进行电路的可靠性分析和评估电路的可靠性分析和评估是电子工程中非常重要的一部分。
在设计和制造电路时,了解电路的可靠性可以帮助工程师预测电路在使用过程中的性能和寿命,并采取相应的措施以提高电路的可靠性。
本文将介绍电路的可靠性分析和评估的方法和技巧。
一、电路可靠性分析方法1.失效模式与失效机理分析(FMEA)失效模式与失效机理分析是一种常用的分析方法,用于识别电路中可能发生的失效模式和相关的失效机理。
首先,对电路进行功能、结构和环境要素的分析,找出可能的失效模式。
然后,分析导致这些失效模式的失效机理,以更好地了解电路的可靠性问题。
2.可靠性块图分析可靠性块图分析是一种通过将电路分解为多个可靠性块,并分析每个块之间的关系来评估电路可靠性的方法。
通过这种方法,可以识别电路中的关键组件或子系统,并确定它们对整个电路可靠性的重要性。
3.故障树分析(FTA)故障树分析是一种基于逻辑关系的分析方法,用于确定电路中故障发生的概率。
通过构建故障树,可以分析不同故障事件之间的关系,并计算整个电路发生故障的概率。
二、电路可靠性评估技巧1.可靠性指标可靠性指标是评估电路可靠性的重要依据。
常用的可靠性指标包括:平均无故障时间(MTTF)、失效率(Failure Rate)和可靠性(Reliability)等。
这些指标可以帮助工程师判断电路在特定条件下的可靠性水平。
2.可靠性测试可靠性测试是评估电路可靠性的一种有效手段。
通过对电路进行加速寿命测试、环境应力测试等,可以模拟电路在不同环境条件下的工作情况,评估电路的寿命和可靠性。
3.故障数据分析故障数据分析是评估电路可靠性的重要手段之一。
通过收集和分析电路的故障数据,可以了解电路存在的问题和故障模式,并采取相应的措施以提高电路的可靠性。
三、电路可靠性提升措施1.合理的设计合理的电路设计是提高电路可靠性的关键。
在设计过程中,需要考虑电路的功能需求、环境应力和组件的可靠性等因素,采取适当的设计措施,确保电路的稳定性和可靠性。
失效分析基本常识以及操作流程失效分析是一种通过分析和探究事物、系统或过程发生失效的原因和机制的方法。
它可以帮助我们识别并改进潜在的问题,以提高系统的可靠性和性能。
以下是关于失效分析的基本常识与操作流程。
一、失效分析的基本常识1.失效模式与效应分析(FMEA):FMEA是一种通过分析预测和评估失效模式及其严重性、发生概率和检测能力的方法。
它可以在设计、生产和使用阶段预防或减少失效。
2.失效树分析(FTA):FTA是一种通过将失效进行因果关系的图形化表示来分析系统失效的方法。
它能够帮助确定导致一些具体失效的事件链。
3.事故树分析(ETA):ETA是一种通过将事故及其后果进行因果关系的图形化表示来分析事故发生的方法。
它可以帮助识别和评估事故的潜在原因及其对系统的影响。
4.失效模式、原因和影响分析(FMEDA):FMEDA是一种通过分析失效模式、失效原因和失效影响的方法来评估系统的可靠性。
它通常用于评估硬件系统。
5.人因分析:人因分析是一种通过分析人因相关的错误、失误和措施来评估和改进工作系统和流程的方法。
它可以帮助减少人为失误和提高操作效率。
二、失效分析的操作流程1.确定分析目标:确定需要进行失效分析的系统、产品或过程,并明确分析的目标和范围。
例如,是为了解决一个特定的问题,还是为了提高整体系统的可靠性等。
2.收集相关数据:收集和整理与失效有关的数据和信息,包括过去的失效记录、测量数据、使用情况等。
这些数据将为后续的分析提供基础。
3.选择适当的工具和方法:根据分析的目标和需要,选择适合的失效分析方法和工具,如FMEA、FTA、ETA等。
有时需要结合多种方法进行分析。
4.定义失效模式与效应:识别和描述可能的失效模式及其对系统的影响。
这包括对失效模式的描述和分类,以及对失效的严重性进行评估。
5.分析失效原因:通过追溯失效模式,分析导致失效发生的可能原因和机制。
这包括对失效原因的分类和评估,以及确定潜在缺陷和改进点。
材料失效分析方法综述材料失效是指材料在使用过程中,无法满足其设计要求或者正常使用寿命结束的情况。
对于工程领域而言,材料失效可能导致设备或结构的损坏、事故的发生甚至人身安全的威胁。
因此,准确判断材料失效的原因和机制,对于提高材料的可靠性和寿命至关重要。
在这篇文章中,我们将综述几种常用的材料失效分析方法,包括金相分析、红外光谱分析、热分析、X射线衍射分析和扫描电子显微镜分析等。
金相分析是一种常见的材料失效分析方法。
它通过观察材料的组织结构,来确定可能的失效机制。
通过光学显微镜观察材料的显微组织,可以发现一些常见的失效问题,如晶体缺陷、夹杂物、晶粒长大不良等。
金相分析可以提供宝贵的信息,帮助确定疲劳、腐蚀、断裂等失效机制,并指导进一步的材料改进和工艺优化。
红外光谱分析是一种利用材料对红外光的吸收和散射来识别和分析材料的方法。
材料中不同的化学成分和它们之间的结合方式会导致不同的红外光谱特征。
通过对材料的红外光谱进行分析,可以确定材料中存在的化学成分和它们的状态,从而判断失效的原因。
例如,红外光谱分析可以用来检测材料的老化程度、化学变化、污染物等。
热分析是通过对材料在不同温度下的性质变化进行监测和分析的方法。
常用的热分析技术包括差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)和热膨胀测量等。
这些技术通过测量样品在升温和降温过程中的热力学性质变化,如热流、质量损失和尺寸变化等,来推断材料的热稳定性、热老化、热膨胀系数等信息。
热分析可以帮助确定材料失效是由于热老化、热应力或温度变化导致的。
X射线衍射分析是一种材料结构和相变分析的重要技术。
它利用X射线与材料相互作用的规律,通过观测和分析材料衍射的特征,可以确定材料的晶体结构、晶体缺陷和相变等信息。
X射线衍射分析可以帮助研究人员了解材料的结晶状态、晶格畸变和应力状态等。
对于失效材料的分析,X射线衍射可以确定材料中是否存在晶体缺陷或相变,从而推断失效机制。
扫描电子显微镜(SEM)是一种通过扫描材料表面,并利用电子束与材料相互作用产生的各种信号来观察和分析材料表面形貌和微观结构的方法。
可靠性失效分析常见思路失效分析在生产建设中极其重要,失效分析的限期往往要求很短,分析结论要正确无误,改进措施要切实可行。
1 失效分析思路的内涵失效分析思路是指导失效分析全过程的思维路线,是在思想中以机械失效的规律(即宏观表象特征和微观过程机理)为理论依据,把通过调查、观察和实验获得的失效信息(失效对象、失效现象、失效环境统称为失效信息)分别加以考察,然后有机结合起来作为一个统一整体综合考察,以获取的客观事实为证据,全面应用推理的方法,来判断失效事件的失效模式,并推断失效原因。
因此,失效分析思路在整个失效分析过程中一脉相承、前后呼应,自成思考体系,把失效分析的指导思路、推理方法、程序、步骤、技巧有机地融为一体,从而达到失效分析的根本目的。
在科学的分析思路指导下,才能制定出正确的分析程序;机械的失效往往是多种原因造成的,即一果多因,常常需要正确的失效分析思路的指导;对于复杂的机械失效,涉及面广,任务艰巨,更需要正确的失效分析思路,以最小代价来获取较科学合理的分析结论。
总之,掌握并运用正确的分析思路,才可能对失效事件有本质的认识,减少失效分析工作中的盲目性、片面性和主观随意性,大大提高工作的效率和质量。
因此,失效分析思路不仅是失效分析学科的重要组成部分,而且是失效分析的灵魂。
失效分析是从结果求原因的逆向认识失效本质的过程,结果和原因具有双重性,因此,失效分析可以从原因入手,也可以从结果入手,也可以从失效的某个过程入手,如“顺藤摸瓜”,即以失效过程中间状态的现象为原因,推断过程进一步发展的结果,直至过程的终点结果“;顺藤找根”,即以失效过程中间状态的现象为结果,推断该过程退一步的原因,直至过程起始状态的直接原因“;顺瓜摸藤”,即从过程中的终点结果出发,不断由过程的结果推断其原因“顺;根摸藤”,即从过程起始状态的原因出发,不断由过程的原因推断其结果。
再如“顺瓜摸藤+顺藤找根”、“顺根摸藤+顺藤摸瓜”、“顺藤摸瓜+顺藤找根”等。
2 失效分析的主要思路常用的失效分析思路很多,笔者介绍几种主要思路。
“撒大网”逐个因素排除的思路一桩失效事件不论是属于大事故还是小故障,其原因总是包括操作人员、机械设备系统、材料、制造工艺、环境和管理6个方面。
根据失效现场的调查和对背景资料(规划、设计、制造说明书和蓝图)的了解,可以初步确定失效原因与其中一、两个方面有密切的关系,甚至只与一个方面的原因有关。
这就是5M1E(Man(人)、Machine(机器设备)、Material(材料)、Method(工艺制作方法)、Management(管理)、Environment(环境条件))的失效分析思路。
如果失效已确定纯属机械问题,则以设备制造全过程为一系统进行分析,即对机械经历的规划、设计、选材、机械加工、热处理、二次精加工、装配、调试等制作工序逐个进行分析,逐个因素排除。
加工缺陷、铸造缺陷、焊接缺陷、热处理不当、再加工缺陷、装配检验中的问题、使用和维护不当、环境损伤等11个方面,含有可能引起机械失效的121个主要因素。
上述“撒大网”逐个因素排除的思路,面面俱到,它怀疑一切,不放过任何一个可疑点。
“撒大网”思路是早期安全工作中惯用的事故检查思路,一般不宜采用“撒大网”的办法,当找不到任何确切线索时,这种方法是一种比较好的办法。
残骸分析法残骸分析法是从物理、化学的角度对失效零件进行分析的方法。
如果认为零件的失效是由于零件广义的“失效抗力”小于广义的“应力”的缘故,而“应力”则与零件的服役条件有关,因此,失效残骸分析法总是以服役条件、断口特征和失效的抗力指标为线索的。
零件的服役条件大致可以划分为静载荷、动载荷和环境“载荷”。
以服役条件为线索就是要找到零件的服役条件与失效模式和失效原因之间的内在联系。
但是,实践表明,同一服役条件下,可能产生不同的失效模式;同样,同一种失效模式,也可能在不同的服役条件下产生,因此,以服役条件为线索进行失效残骸的失效分析,只是一种初步的“入门”方法,它只能起到缩小分析范围的作用。
断口是断裂失效分析重要的证据,它是残骸分析中断裂信息的重要来源之一。
但是在一般情况下,断口分析必须辅以残骸失效抗力的分析,才能对断裂的原因下确切的结论。
以失效抗力指标为线索的失效分析思路,如图1所示,关键是在搞清楚零件服役条件的基础上,通过残骸的断口分析和其它理化分析,找到造成失效的主要失效抗力指标,并进一步研究这一主要失效抗力指标与材料成分、组织和状态的关系。
通过材料工艺变革,提高这一主要的失效抗力指标,最后进行机械的台架模拟试验或直接进行使用考验,达到预防失效的目的。
图1以失效抗力指标为线索的失效分析思路示意图很明显,以失效抗力指标为线索的失效分析思路是一种材料工作者常用的、比较综合的方法。
它是工程材料开发、研究和推广使用的有效方法之一。
值得指出的是,在不同的服役条件下,要求零件(或材料)具有不同的失效抗力指标的实质是要求其强度与塑性、韧性之间应有合理的配合。
因此,研究零件(或材料)的强度、塑性(或韧性)等基本性能及它们之间的合理配合与具体服役条件之间的关系就是这一思路的核心。
而进一步研究失效抗力指标与材料(或零件)的成分、组织、状态之间的关系是提高其失效抗力的有效途径(图2)。
失效树分析法失效树分析法是一种逻辑分析方法。
逻辑分析法包括事件树分析法(简称ETA)、管理失误和风险树分析法(简称MORT)和失效树分析法(简称FTA)等。
这里只介绍失效树分析法。
图2材料失效抗力指标与成分、组织、状态关系示意图失效树分析(FaultTreeAnalysis)早在20世纪60年代初就由美国贝尔研究所首先用于民兵导弹的控制系统设计上,为预测导弹发射的随机失效概率做出了贡献。
此后许多人对失效树分析的理论和应用进行了研究。
1974年美国原子能管理委员会主要采用失效树分析商用原子反应堆安全性的Wash-1400报告,进一步推动了对失效树的研究和应用。
迄今FTA法在国外已被公认为当前对复杂安全性、可靠性分析的一种好方法。
失效树分析法失效树分析法是:在系统设计过程中,通过对可能造成系统失效的各种因素(包括软件、硬件、环境、人为因素等)进行分析,画出逻辑框图(即失效树),从而确定系统失效原因的各种可能的组合方式或发生概率,以计算系统失效概率,采取相应的纠正措施,以提高系统可靠性的一种设计分析方法。
FTA法具有很大的灵活性,即不是局限于对系统可靠性作一般的分析,而且可以分析系统的各种失效状态。
不仅可分析某些元部件失效对系统的影响,还可以对导致这些元部件失效的特殊原因进行分析。
FTA法是一种图形演绎方法,是失效事件在一定条件下的逻辑推理方法。
它可以围绕某些特定的失效状态作层层深入的分析。
因而在清晰的失效树图形下,表达了系统的内在联系,并指出元部件失效与系统之间的逻辑关系,找出系统的薄弱环节。
FTA法不仅可以进行定性的逻辑推导分析,而且可以定量地计算复杂系统的失效概率及其他的可靠性参数,为改善和评估系统的可靠性提供定量的数据。
FTA法的步骤,因评价对象、分析目的、精细程度等而不同,但一般可按如下的步骤进行:①失效树的建造;②失效树的定性分析;③失效树的定量分析;④基本事件的重要度分析。
失效树的建造是一件十分复杂和仔细的工作,要求注意以下几点:(1)失效分析人员在建树前必须对所分析的系统有深刻的了解。
(2)失效事件的定义要明确,否则树中可能出现逻辑混乱乃至矛盾、错误。
(3)选好顶事件,若顶事件选择不当就有可能无法分析和计算。
对同一个系统,选取不同的顶事件,其结果是不同的。
在一般情况下,顶事件可以通过初步的失效分析,可从各种失效模式中找出该系统最可能发生的失效模式作为顶事件。
(4)合理确定系统的边界条件—-规定所建立的失效树的状况。
有了边界条件就明确了失效树建到何处为止。
边界条件一般包括确定顶事件、确定初始条件和确定不许可的事件等。
(5)对系统中各事件之间的逻辑关系及条件必须分析清楚,不能有逻辑上的紊乱及条件上的矛盾。
例如,低合金超高强度钢一般在低温回火或等温(马氏体等温或贝氏体等温)淬火状态下使用。
在服役期间,低合金超高强度钢也常发生断裂失效(破坏)。
失效树的顶事件就是构件的破坏。
这种破坏可由不同的事件——疲劳、过载、应力腐蚀开裂及具有最大可能性的氢脆等等——造成的。
这些事件,每一个都通过“或门”与顶事件相连(图3)。
断口分析表明,失效残骸的断口形态不同于过载和疲劳。
因此,过载和疲劳是不发展事件,并分别用棱形表示在图3中。
当然如果断口分析不能排除这些事件时,那么仍有必要进一步地发展。
对于氢脆来说,它是在临界应力强度和临界含氢量共同作用下发生的,因此临界应力强度(图3中的事件15)和临界含氢量(图3中的事件14)应采用“与门”与氢脆(图3中的事件4)相连,其中临界含氢量为不发展事件。
应力腐蚀开裂(图3中事件3)则是临界应力强度(图3中事件6)和造成开裂元素的临界浓度可以是临界氢浓度(图3中事件10),也可以是除氢以外的其他物质的临界含量(图3中事件11),这样事件10和事件11应用“或门”与事件7相连。
事件10和事件11均为不发展事件,故均用棱形框表示。
可以看出,如果认为应力腐蚀开裂与氢脆都是由于临界应力强度上临界氢浓度引起的,那末在失效树的第一行不能区分应力腐蚀开裂和氢脆,不过,应力腐蚀开裂和氢脆应该在断裂源的起始位置上找到差别。
应力腐蚀开裂的临界氢浓度应在暴露表面上显示出来,因此它的断裂源一般在“暴露表面上”,而氢脆的临界氢浓度可能在电镀表面或次表面先达到,因此它的断裂源应在电镀表面上或次表面上。
所以是应力腐蚀开裂还是氢脆在失效树的第二行就可以初步确定了。
虽然应力腐蚀开裂和氢脆的条件之一都是临界应力强度,并且它们临界应力强度都取决于构件上的载荷(事件8和事件16)和材料的流变应力大于材料的临界门槛应力σi(当然,应力腐蚀的门槛应力数值与氢脆的门槛应力数值不同),但是由于应力腐蚀开裂一般起始于暴露表面,构件的表面流变应力对构件的平均载荷不敏感,而对表面的加工缺陷等原因所造成应力集中或应变集中则十分敏感,因而在应力腐蚀系统中,加工缺陷处的流变应力大于材料的应力腐蚀门槛应力用“或门”与事件9相连;在氢脆系统中,由于氢脆一般起源于电镀层的次表面,构件上的载荷(事件16)可以是施加的载荷(事件18)也可以是构件内部的残余应力(事件19),故事件18和事件19用“或门”与事件16相连。
材料的氢脆门槛应力受表面加工缺陷的影响较小,不需要进一步的展开分析(事件17为不发展事件)了。
从以上FTA法在构件断裂失效分析中的具体应用情况可以看出,FTA法可以对特定的失效事件作层层深入地逻辑推理分析,在清晰的失效树的帮助下,最后找到这一特定失效事件的失效原因或该构件的薄弱环节,因此,FTA法是进行失效分析的好方法之一。