零件是组成机械设备的最基本单元。机械零件在服役过程中会由于种种原因失去其设定的功能,称为失效。对于工程技术人员来说,探明零件的失效原因、分析失效机理、提出改进措施以避免同类事件的重复发生,是一个必须面对的课题,对提高机械设备的运行效率和生产质量具有重要意义。
课程主要任务是介绍机械零件失效的基本概念与理论、失效的来源、失效分析思路、变形过量、振动分析、断口分析、疲劳破坏分析、表面损伤分析等内容,使学生学习机械零件工作可靠性的基础理论、选材依据、零件质量管理、失效分析技术与方法,以及相关政策与法规,并能够针对失效原因提出改进措施,为从事机械设计制造、材料成型及控制的相关技术工作打好基础。
通过本课程的学习,可以使学生了解并掌握失效分析的基本理论与技术,学会判断和处理零件失效现象的方法和途径,弘扬严谨的科学精神;能够树立起正确的责任观,学会利用科学的结论来保护使用者与生产者的合法利益;能够树立科学进步的观念和实践的观念,具有终身学习的能力,以及综合分析和解决实际问题的基本能力。
本课程共分7章:
0 绪论
要求:了解本课程的内容、意义和学习方法。
第1章 失效分析基本概念
要求:理解机械零件失效的概念和失效分析的基本特点。
1.1机械零件失效的概念与分类
1.2失效分析的内容和特点
第2章 机械零件失效分析基础知识
要求:①理解零件失效的来源,以及应力集中和残余应力对零件失效的影响;②掌握零件设计的强度准则;③熟练掌握材料断裂的K判据。
2.1零件失效的来源
2.2应力集中对零件失效的影响
2.3降低应力集中的措施
2.4残余应力对零件失效的影响
2.5降低或消除不良残余应力的措施
2.6零件设计的强度准则
2.7材料的韧性
2.8工程中常用的几种探伤技术
第3章 机械零件失效分析的思路和步骤
要求:①理解常用的几种失效分析思路;②掌握失效分析的一般步骤。
3.1以失效抗力指标为线索的分析思路
3.2系统工程的分析思路
3.3失效分析的一般程序和步骤
第4章 静载荷作用下零件失效分析
要求:①理解零件弹性变形失效和塑性变形失效的判断与预防措施;②掌握断裂的分类标准;③熟练掌握不同断裂类型的判断依据以及引起断裂的原因。
4.1变形过量的判断与改进措施
4.2零件的振动
4.3残骸分析法
4.4主裂纹的判断
4.5裂纹源区的判断
4.6断口微观分析方法
4.7扫描电子显微镜在断口观察中的应用
4.8断裂的分类
4.9零件过载断裂的判断
4.10引起零件脆性断裂的原因分析
4.11应力腐蚀和蠕变的判断
第5章 疲劳断裂失效分析
要求:①理解疲劳破坏的特点;②掌握疲劳断裂的宏观和微观断口特征;③熟练掌握判断疲劳断裂的方法;④初步掌握疲劳寿命的估算方法。
5.1疲劳断裂特点
5.2疲劳断口特征
5.3疲劳寿命估算
5.4疲劳断裂类型判断
5.5预防疲劳破坏的措施
第6章 磨损失效分析
要求:①理解机械零件磨损失效的类型;②掌握磨损失效模式的判断方法以及提高零件耐磨性的途径。
6.1磨损的分类
6.2磨损失效模式的判断
第7章 腐蚀失效分析
要求:①理解金属零件腐蚀的一般规律;②掌握提高零件耐蚀性的方法与途径。
7.1金属腐蚀的分类
7.2腐蚀失效的基本类型判断
课程目标为:
①能够运用数学、物理以及物化原理知识表达机械零件的服役情况,建立零件载荷和力学行为的数学模型,并正确求解;
②能够运用失效分析的思维方法,判断实际服役条件对零件寿命的影响,并提出解决方案;
③能够针对不同的失效模式,结合性能检测,确定零件失效缺陷、失效机理与失效起因之间的相互关系;
④能够设计并实施失效宏观现象与微观机理有机结合的相关实验,分析实验结果,得出有效结论;
⑤能够选用恰当的测试方法和现代技术工具,模拟预测机械零件的工作寿命,掌握模拟计算的基本思想和依据,理解模拟和预测在工程中的局限性。