船机零件的疲劳破坏VIP专享

第四章 船机零件的疲劳破坏 船上常常发生船机零件裂纹和断裂的事故。例如主、副柴油机的气缸盖、气缸套和活塞组件的裂纹，曲轴、中间轴或尾轴的裂纹和折断等。船机零件，尤其是主柴油机和轴系零件的裂纹和断裂影响极大，不仅直接危及船舶安全航行，甚至会立即酿成严重事故，造成生命、财产的重大损失。船机零件的裂纹和断裂是由于零件长时间在交变载荷作用下产生的破坏，称为疲劳破坏。疲劳破坏是一种普遍而又严重的失效形式，是船机零件故障模式之一。据统计，生产中因疲劳断裂的零件占断裂零件总数的80% 以上。轮机员对这种损坏形式不仅应该重视，而且还应具有分析零件产生疲劳破坏的原因和防止或减少此种破坏措施的知识。 第一节 疲劳破坏 零件材料长时间在交变载荷作用下产生裂纹和断裂的现象称为疲劳破坏。大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为交变载荷，所引起的应力称为交变应力。零件长期在交变的机械应力或热应力下工作，即使最大工作应力小于静载荷下的屈服极限 σs ，但在长期工作后也会产生裂纹或断裂，即产生疲劳破坏。零件发生疲劳断裂时具有以下特征： (1)零件是在交变载荷作用下经过较长时间的使用； (2)断裂应力小干材料的抗拉强度 σb，甚至小于屈服强度 σs ； (3)断裂是突然的，无任何先兆； (4)断口形貌特殊，断口上有明显不同的区域； (5)零件的几何形状、尺寸、表面质量和表面受力状态等均直接影响零件的疲劳断裂。 一、疲劳破坏的种类 (1)按零件所受应力大小和循环周数分类： 高周疲劳 为低应力、高寿命的疲劳破坏。应力较低，小于屈服极限，应力循环周数较高，一般超过 106～107，为最常见的一种疲劳破坏，如曲轴、弹簧等零件的断裂。 低周疲劳 为高应力、低寿命的疲劳破坏。应力近于或等于屈服极限，应力循环周数少于 104～105。例如，压力容器、高压管道、飞机起落架、核反应堆外壳等的裂纹和断裂。使用中应力很高，甚至超过材料的σs 但循环周数很少时就发生疲劳破坏。 (2)按零件工作环境和接触情况分类： 分为大气疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳、接触疲劳、微动磨损疲劳和激冷疲劳等。 热疲劳 由于零件受热温度变化引起热应力的反复作用造成的疲劳破坏。例如，柴油机气缸套、气缸盖受热面的裂纹。 腐蚀疲劳 零件在腐蚀性介质中受到腐蚀，并在交变载荷作用下产生的疲劳破坏。 (3)按应力状态分类： 有弯曲疲劳、扭转疲劳、轴向拉压疲劳和复合疲劳等。 二、疲劳破坏的机理 1．疲劳断...