研究材料制备与服役行为,为装备的安全可靠使用、延寿经济运行保驾护航

正腐蚀、疲劳、磨损是材料三大主要失效形式,材料损伤、失效以及制备的构件组织、性能不均一,是关乎高铁、核电、航空、航天、油气、海洋、基础设施等多领域中工程结构安全可靠使用、延寿经济运行的关键问题。材料研究人员致力于设计制备新材料、提高服役性能,并逐渐注重研究服役环境中材料的损伤机理、认识其损伤动力学过程,以定量评价及预测其安全性和寿命,为保障重要工程结构的服役安全和经济运行提供理论与技术支持。     

自润滑关节轴承寿命试验及损伤失效机理研究现状

自润滑关节轴承具有结构简单紧凑、免维护、无需添加润滑剂等诸多优点,现已成为航空航天装备和工业设备中广泛应用的一种重要基础运动部件.目前,包括美、法、德、英等在内的多个航空航天工业发达国家很早就对自润滑关节轴承进行了全面的研究工作,并形成了完整的关节轴承标准体系.而国内对自润滑关节轴承的研究起步晚,自润滑关节轴承在高精尖工业领域中的应用研究技术趋近于空白,尤其是在关节轴承的服役寿命预测和失效机理探究等基础性研究上十分薄弱.近年来,随着高精尖领域对自润滑关节轴承服役性能及寿命的要求不断提高,自润滑关节轴承寿命演变规律及其损伤失效机理的研究受到高度重视.研究人员发现自润滑衬垫/涂层的磨损失效是引起自润滑关节轴承失效的最主要原因,在服役过程中经常面临着重载、高频、高低温循环、强氧化、强辐射等异常恶劣的工况,其损伤失效机理是否发生了改变以及如何改进轴承寿命预测模型以提高寿命预测的精度成了当今的研究热点.目前,相关研究人员分别以摆动频率和载荷为加速应力设计了加速寿命试验,提升了自润滑关节轴承寿命试验效率,并且以Weibull分布中的参数变化作为判定关节轴承失效机理变化的依据,极大地加强了关节轴承寿命预测模型的准确性.同时,国内外学者针对衬垫型和部分涂层型自润滑关节轴承的失效机理展开了研究,揭示了衬垫型自润滑关节轴承摩擦副表面在不同工况下的成膜机理和磨损失效机理,并且发现利用超声波、化学溶液等表面改性方法能够在一定程度上改进衬垫的摩擦学性能,提高其服役寿命.本文首先总结了自润滑关节轴承寿命试验的研究现状,主要对关节轴承寿命试验的设备、标准和方法展开论述.然后,重点分析了自润滑关节轴承损伤失效机理,其中对自润滑关节轴承的失效形式及失效判定准则进行了简要介绍,着重分析比较了自润滑材料性能、摩擦表面加工质量、服役工况等影响自润滑关节轴承损伤失效的主要因素.最后,对自润滑关节轴承寿命试验及失效机理的重点研究方向进行了展望.     

电化学修复对钢筋混凝土结构服役性能的作用效应

钢筋混凝土结构受外界有害离子侵蚀会出现耐久性失效,电化学修复技术可以有效地提升钢筋混凝土结构耐久性能,延长结构使用寿命。然而,电化学修复方法会引起钢筋混凝土结构中钢筋氢脆、混凝土孔隙率改变、碱集料反应等现象,导致钢筋混凝土结构的材料性能和力学性能发生变化,从而影响结构的服役性能。该文在综述电化学修复技术研究和应用的基础上,分析了电化学修复过程对钢筋混凝土结构材料层面和构件层面的作用与影响,并对电化学修复技术在混凝土结构耐久性提升中的研究和应用进行了展望。     

基于敏感性分析的结构抗倒塌能力提升方法研究

为提高荷载作用下结构抵抗倒塌破坏的能力,该文基于构件应变能对材料弹性模量的敏感性及构件失效后对结构应变能的影响,提出了静载下的构件易损性及其冗余度评价指标,以衡量构件受损破坏的容易性及其失效后对结构整体性能的影响。在此基础上通过加强冗余低、易损性高的构件,同时对冗余度高、易损性低的构件进行适当削弱,充分发挥各构件在结构中的作用,使构件的破坏顺序发生转变。结果表明,构件的易损性、冗余度系数值的大小能够反映构件发生破坏的容易性及其失效对结构整体性能的影响。根据构件的冗余度、易损性分布,通过调整构件的截面面积,可以实现结构"低易损-高冗余"非重要构件的破坏先于"高易损-低冗余"结构关键构件,从而改变荷载作用下的结构破坏路径,有效提升了结构的极限承载能力和抗连续倒塌的能力。     

面向维修的机械系统可靠度预测与仿真研究

机电产品在服役期间因零件失效而产生故障,重组维修破坏了原有的系统可靠性模型,因而需要对设备可靠性问题重新进行研究和评价。基于机电系统中零件的失效时间分布密度函数,研究了在重组维护过程中机电系统服役期间零件年龄结构的分布规律,发展了机电系统可靠性数学模型。通过仿真研究,探讨了系统服役期间年龄结构、可靠度和失效率的发展规律,定量地研究了失效时间分布密度函数的参数对系统可靠度的影响。这对于评估机械系统的可靠性和全生命周期的失效率,制定合理的维修策略具有重要意义。     

S135级钢钻杆断裂分析

通过对钻杆的现场资料收集,对断裂钻杆断口的宏观、微观分析以及能谱分析,对钻杆材料进行化学成分、力学性能和金相试验,将其与钻杆的现场服役环境相结合,最终找出了导致本钻杆发生早期断裂失效的原因是由于该钻杆在服役过程中发生了应力腐蚀破坏,提出了一些防止应力腐蚀失效的措施.     

液氨储存罐304不锈钢法兰连接螺栓断裂失效分析

某火电厂液氨储存罐上方气氨出口气动阀上的304不锈钢法兰连接螺栓在服役过程中发生断裂,采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、拉伸试验机等设备,从显微组织、断口、硬度、拉伸性能等方面分析了该304不锈钢螺栓断裂失效的原因。结果表明:螺栓失效模式为应力腐蚀开裂;螺栓材料成分不合格(高碳、低铬),导致合金的耐蚀性能大幅降低,晶间应力腐蚀倾向增加;螺栓服役环境为紧邻海岸的海洋大气,空气中氯离子含量较高,螺栓在服役过程中表面易于发生腐蚀,在预紧力、气氨出口气动阀工作过程中产生的拉应力和氯离子的共同作用下裂纹快速沿晶扩展,直至断裂失效;此外,螺栓内部存在较多铸造缺陷,会显著降低合金的力学性能,在发生腐蚀破坏的情况下,使螺栓出现过早断裂失效。     

我国压水堆用材料与异材焊接

轻水反应堆分为压水反应堆及沸水反应堆两种,我国使用的主要为压水堆,而国内部分反应堆已逐渐进入服役中后期。反应堆中的材料与燃料经受着3项严酷的考验:高温、腐蚀环境和裂变过程中释放的高能粒子的破坏,使材料的性能退化、甚至失效。为使材料能够安全运行并具有与其他能源的竞争性,核反应堆的延寿或新建时避免出现目前已经遇到的缺陷,应尽早对现有材料的服役性能和改进措施进行研究和讨论。     

悬臂弯曲加载试验机的设计及其应用

压力容器、桥梁结构、海洋工程结构等在服役过程中经常会在弯曲应力作用下发生失效,因此,研究上述结构的材料或构件在弯曲应力作用下的力学行为具有重要意义。悬臂弯曲加载方式不仅可以产生一个弯曲应力,而且可以通过调长力臂长度,使得只须在试样施力端施加一个很小的力,就能够在试样的最大弯矩附近产生一个甚至可以超过材料屈服强度的应力,对试验机的载荷容量要求不高,因此,在试验领域应用前景广阔。本文根据悬臂弯曲加载方式的特点,从试样的施力端夹具、约束端夹具、力臂调节装置、试验机作动器抗偏心能力、机架刚性等方面进行分析、探讨和设计,并以10Cr Ni Mo结构钢为研究对象,介绍了在该加载方式下的试验应用,包括材料及构件的高低周疲劳、低周疲劳表面裂纹扩展速率,以及材料及构件的静态拉伸或压缩性能等试验。     

现代医疗建筑的能源管理

现代医疗建筑建设规模不断扩大,而在其能耗上也逐日益增,能源管理系统必须作为其一个基本设计应用构件。通过能源生产调度指挥控制中心采集基础能源水、电、气消耗的参数,对设备进行动态管理、监控,并动态综合平衡能耗管理及能源优化之间关系,采取灵活调节手段预见故障发生,实现能耗的节能优化。     

海洋环境下钛合金主要服役性能研究

随着我国海洋装备对高性能材料的需求越来越紧迫,具有高比强度和优异耐腐蚀性能的钛合金受到越来越多的重视。然而,由于缺乏海洋环境下钛合金的相关服役性能数据,导致装备设计单位和应用单位选材困难,极大限制了钛合金在我国海洋工程装备上的应用。针对钛合金在海洋环境下服役面临的主要失效形式:压缩蠕变、低周疲劳和应力腐蚀,研究了不同组织形貌对TC4 ELI钛合金相关服役性能的影响,研究结果表明:TC4 ELI钛合金网篮组织的压缩蠕变性能优于双态组织;双态组织的低周疲劳性能优于魏氏组织;魏氏组织的抗应力腐蚀性能优于双态组织。可见,组织形貌对钛合金的服役性能具有重要影响,应根据具体的服役工况进行选取。     

抽油杆钢材的发展和抽油杆的服役失效

抽油杆可以把地面抽油机动能传递给抽油泵,是石油生产中重要的工件之一.随着采油工程向腐蚀井、深井、超深井发展,普通抽油杆的耐蚀性、抗拉强度和疲劳强度等性能已不能满足生产要求.本文综述了C级、D级、KD级和H级抽油杆的分类标准、制备方法、应用环境及面临的挑战.抽油杆钢服役失效包括腐蚀、疲劳、机械磨损等.分析发现,抽油杆的失效主要是疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂.在腐蚀性环境条件下,抽油杆会发生表面电化学腐蚀,形成腐蚀坑,而腐蚀坑是疲劳裂纹的主要萌生源.在拉-拉或拉-压载荷的作用下,抽油杆发生疲劳断裂.本文简单介绍了抽油杆在各油田中的服役环境及抽油杆的发展史,通过对比抽油杆不同热处理工艺所产生的微观组织,探索其防腐蚀、防氢脆、防疲劳的机理,同时分析了抽油杆在使用过程中常见的腐蚀、疲劳、磨损等失效原因和机制,最后对未来开发高性能抽油杆的可行途径进行了探讨.     

典型设备（切丝机）维修分析

卷烟生产中,工艺是关键,设备是保障,质量是核心,没有设备的正常运行,也就没有优质高效的生产保证。生产设备在运行过程中出现故障是不可避免的,故障一旦出现,在不同程度上就会影响到产品的产量和质量。因此,在生产过程中应尽量的减少故障发生的次数,而在故障发生后应尽快找出故障的原因,来采取相应的措施进行排噤。故障的发生与环境因素、人员的操作水平、设备的设计缺陷或原材料的缺陷等因素有关。作为设备的维修人员,当故障发生后,应根据故障现象迅速查出故障原因,采取相应的排除方法,快速恢复设备生产,降低设备故障停机率。     

轻轨锚固螺杆振动信号EMD处理研究

为了实现对重庆市轻轨轨道梁关键受力构件锚固螺杆的松动与失效等故障检测,对锚固螺杆的振动信号进行了经验模态分解的研究,建立了在役锚固螺杆健康状况检测系统.首先,求解出从试验台采集到的各锚固螺杆不同已知紧固力矩下振动信号的脉冲响应信号;其次,对其进行EMD分解,并将包含其主要信息量的第一、二本征模态的主频率、主峰幅度值、模态能量、模态几何平均值等特征进行提取,形成特征包,作为模式识别的判据;最后,将这种方法从试验锚固螺杆推广应用于现场锚固螺杆诊断.大量数据证明,该方法对锚固螺杆松动与失效故障的识别漏检率为0冤检率亦可控制在10%以下,因此可以作为锚固螺杆是否处于正常服役状态的依据.为轻轨锚固螺杆故障检测提供了新的诊断方法.     

有机热塑性可剥离涂层性能研究

针对法兰、阀门、螺栓、管帽等异型构件的腐蚀问题，介绍了一种有机热塑性可剥离涂层。利用实验室设备对有机热塑性可剥离涂料的固体含量和干燥时间进行了测试，并采用盐雾、氙灯老化、冻融循环、热老化、剥离等试验方法对涂层耐老化性能和可剥离性能进行了测试和评价。结果表明：有机热塑性可剥离涂层具有良好的施工性能、耐老化性能和可剥离性能，长期服役性能优异。该材料可充分满足严苛工况下异型构件的长效防腐需求，降低了维护检修难度，应用前景广阔。     

反应器冷却水管失效分析与改进措施

应用化学分析、金相和电子探针显微分析技术对反应器中冷却水管的失效原因进行了分析.结果表明,冷却水管发生早期失效是由于构件发生应力腐蚀开裂所致.基于材料使用环境考虑,在选材和结构设计两个方面采取了改进措施,延长了冷却水管的使用寿命.     

从失效分析案例看材料研究的重要性

通过对498个失效分析案例,分别从失效材料种类、失效构件类别和失效原因进行统计分析研究,提出一些值得思考的问题,说明材料研究的重要性.     

中速柴油机活塞销断裂失效分析

通过金相分析、断口观察以及力学性能测定等,对活塞销断裂失效进行了系统分析,结果表明,材料冶金质量欠佳,显微夹杂物含量较高;热处理质量低劣,渗碳层组织反常并存在显微裂纹,心部组织粗大,有过热倾向,故导致活塞销在服役中发生多源疲劳脆断.     

一种基于运行差异统计的软件故障定位方法

针对典型的软件故障定位方法需要将大量失效运行和成功运行相比较来定位有问题的语句,从而不可避免地存在大量运行路径冗余,导致定位效率和准确性降低的问题进行了研究,提出了一种基于运行差异统计的故障定位方法.该方法首先对所有的成功运行和失效运行聚类,消除运行路径冗余,然后对剩余数据通过对失效运行与成功运行的差异进行统计的方法得出故障报告,并对故障报告中的语句进行重要性排序.实验结果表明,这种方法比Wang的传统方法在定位效率和准确性方面都有很大提高.     

汽轮机叶片断裂分析

实际服役寿命为5年的汽轮机叶片发生了断裂.对叶片断口、材料的化学成分、显微组织和力学性能进行了分析.结果表明,叶片的断裂属于高周低应力疲劳断裂.针对叶片失效情况提出了一些相应的预防措施.