第一章 概论 1
1.1 航空燃气涡轮发动机简介 1
1.1.1 涡轮喷气发动机 1
1.1.2 涡轮风扇发动机 3
1.1.3 涡轮螺旋桨发动机 5
1.1.4 涡轮轴发动机 5
1.2 航空发动机转动部件的失效与启迪 6
1.2.1 失效分析 7
1.2.2 设计 8
1.2.3 制造工程 11
1.2.4 失效分析组织管理 12
1.3 发动机转动部件失效分析的内容、目标与思路 14
1.3.1 失效分析的基本内容 14
1.3.2 失效分析的主要目标 15
1.3.3 失效分析的思路 17
1.4 航空发动机转动部件的疲劳断裂失效 18
1.4.1 疲劳断口的基本特征 18
1.4.2 疲劳断裂原因分析 23
1.4.3 零件疲劳寿命的估算 27
参考文献 28
第二章 压气机与涡轮转子叶片的失效和预防 29
2.1 转子叶片的功能及结构特点 29
2.1.1 压气机转子叶片 29
2.1.2 涡轮转子叶片 32
2.2 转子叶片的工作条件与受力分析 35
2.2.1 转子叶片的工作条件 35
2.2.2 受力分析 36
2.3 转子叶片的振动类型及其特征 40
2.3.1 转子叶片的振动分类与基本振型 40
2.3.2 尾流激振 43
2.3.3 颤振 44
2.3.4 旋转失速和随机激振 46
2.4 叶片失效的主要模式 46
2.4.1 叶片的低周疲劳断裂失效 47
2.4.2 压气机转子叶片的颤振疲劳断裂失效 53
2.4.3 叶片扭转共振疲劳断裂失效 55
2.4.4 转子叶片的弯曲振动疲劳断裂失效 58
2.4.5 转子叶片的高温疲劳与热损伤疲劳断裂失效 62
2.4.6 转子叶片的微动损伤疲劳断裂失效 69
2.4.7 叶片腐蚀损伤疲劳断裂失效 74
2.4.8 叶片榫头部位失效的基本模式 83
2.5 叶片失效的分析思路与诊断技术 89
2.6 影响叶片抗力的主要因素 96
2.7 预防叶片失效的主要技术措施 98
参考文献 101
第三章 压气机盘与涡轮盘的失效与预防 102
3.1 压气机盘与涡轮盘的结构特征 102
3.2 轮盘的承载及载荷谱 104
3.2.1 轮盘承受的载荷 104
3.2.2 轮盘的载荷谱 109
3.2.3 驻留时间 111
3.2.4 载荷谱对轮盘关键部位寿命和强度的影响 112
3.3 轮盘的振动 115
3.3.1 轮盘的振动形式 115
3.3.2 轮盘的自振频率及影响因素 117
3.3.3 引起轮盘振动的激振力 119
3.3.4 轮盘的行波振动 120
3.4 轮盘的失效模式 123
3.4.1 轮盘的弹性变形失效 123
3.4.2 轮盘的塑性变形失效 124
3.4.3 轮盘的低周疲劳断裂失效 128
3.4.4 涡轮盘榫槽槽底的应力腐蚀开裂 131
3.4.5 轮盘榫齿断裂失效 138
3.4.6 涡轮盘外缘封严篦齿裂纹 146
3.4.7 轮盘的振动疲劳断裂 147
3.5 预防轮盘失效的技术措施 157
3.5.1 设计 157
3.5.2 合理地选取轮盘材料 158
3.5.3 严格控制加工制造质量 159
3.5.4 对轮盘的关键部位尽量采取喷丸强化措施 159
3.5.5 使用 163
参考文献 164
第四章 轴的失效及其预防 165
4.1 轴的结构特点及工作条件 165
4.2 轴的受力分析 166
4.3 轴失效的基本类型及其特征 175
4.3.1 轴的疲劳失效 175
4.3.2 轴件的磨损失效 179
4.3.3 轴件的腐蚀损伤 184
4.3.4 轴件的变形 186
4.3.5 轴件的韧、脆性断裂 187
4.4 轴件失效的分析思路 187
4.4.1 力学参数分析 188
4.4.2 失效轴件的装配和服役条件分析 192
4.4.3 失效轴件的特征和断口的宏微观分析 193
4.4.4 失效轴件的材质及断口的微观特征分析 193
4.4.5 轴件失效原因的综合分析 195
4.5 预防轴件失效的主要技术措施 197
参考文献 204
第五章 轴承的失效 205
5.1 滚动轴承的结构特点及分类 206
5.1.1 滚动轴承的基本结构 206
5.1.2 滚动轴承的分类 206
5.1.3 轴承材料 208
5.2 滚动轴承的受力分析和工作条件 210
5.2.1 轴承的受力分析 210
5.2.2 轴承的工作条件 212
5.2.3 轴承的额定性能 214
5.3 滚动轴承失效的基本模式及其影响因素 215
5.3.1 滚动接触疲劳 217
5.3.2 开裂和断裂 224
5.3.3 旋转爬行 231
5.3.4 金属粘着 231
5.3.5 轴承的磨损失效 233
5.3.6 塑性变形失效 234
5.3.7 微动磨损 237
5.3.8 腐蚀失效 241
5.3.9 高速轻载打滑 242
5.4 轴承失效的分析与判断 244
5.4.1 轴承的失效及其主要特征 245
5.4.2 失效轴承的检验与分析 245
5.4.3 滚动轴承的痕迹分析 250
5.5 轴承的动态监控和铁谱分析技术 258
5.6 提高轴承使用可靠性的技术措施 261
参考文献 263
第六章 齿轮的失效分析 264
6.1 齿轮的类型与工作环境 265
6.1.1 齿轮的分类 265
6.1.2 齿轮的工作环境 267
6.2 齿轮的受力分析 271
6.3 齿轮的振动 276
6.4 齿轮失效的基本模式 289
6.4.1 齿轮的疲劳 290
6.4.2 表面磨损失效 309
6.4.3 齿轮的冲击过载失效 312
6.5 预防齿轮失效的技术措施 315
6.5.1 材料及热加工工艺 316
6.5.2 热处理工艺及表面完整性 318
6.5.3 结构及装配对齿轮失效的影响 322
6.5.4 润滑条件 324
6.6 齿轮失效的分析判断 324
6.6.1 齿轮失效现场信息 324
6.6.2 失效齿轮损伤的感官和痕迹分析 325
6.6.3 齿轮损伤的物理参数分析 329
6.6.4 齿轮材料的材质与冶金质量分析 330
6.6.5 裂纹和断口的特征分析 332
6.7 齿轮故障的动态监控和预防 334
参考文献 335
第七章 疲劳断口定量分析在发动机转动部件失效分析中的应用 337
7.1 疲劳条带间距的测定方法 337
7.1.1 实体光学显微镜 338
7.1.2 扫描电子显微镜 338
7.1.3 透射电子显微镜复型 339
7.2 断口反推疲劳裂纹扩展寿命的基本方法 340
7.3 断口反推疲劳原始质量 349
7.4 疲劳断口反推失效构件的应力 354
7.4.1 利用疲劳裂纹扩展长度及瞬断区来推算疲劳应力 355
7.4.2 利用疲劳条带间距确定失效件的疲劳应力 357
7.5 疲劳断口反推技术的其它应用 361
7.5.1 断裂先后顺序判断 361
7.5.2 疲劳断裂性质的辅助判断 364
7.6 疲劳断口定量分析存在的一些问题 366
参考文献 368