测风传感器用金属材料疲劳断裂的分析

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1、螺旋桨式测风传感器用连接件疲劳断裂试验分析石彦平，成文（山东省海洋环境监测技术重点实验室山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东青岛266001）摘要：螺旋桨式测风传感器通过风吹动螺旋桨转动，产生脉冲信号测定风速值，螺旋桨连接部分金属材料的可靠性不仅关系传感器测量的准确性，一旦连接件断裂脱落更会危机周围人员和物体。而疲劳断裂是其主要破坏形式，为此对其进行疲劳断裂试验事在必行。关键字：连接件；疲劳；断裂AbriefintroductiononfatiguefractureofshipboardmetallicmaterialShiYanping，Chengwen1.ShandongP

2、rovincialKeyLaboratoryofOceanEnvironmentMonitoringTechnology,2.ShandongAcademyofSciencesInstituteofOceanographicInstrumentation,Qingdao266001，china）Abstract:Withthedevelopmentofshipbuildingindustry,thecorrespondingtechnologiesarealsodevelopedtodifferentexcellent.Somenewmaterialsandtechnolog

3、iesarewidelyappliedintheshipbuildingindustry,whichalsobringssomeproblemssuchasfatiguefractureofmetallicmaterial.Howtofullyutilizethesenewmaterialsandtechnologiesandtimelyavoidthenegativeeffectsbroughtbythemhasbecomeakeyproblemthatwemustface.Inthispaper,abriefintroductiononfatiguefractureofs

4、hipboardmetallicmaterialwasclarified.KeyWord:Joining；Fatigue；Fracture中图分类号：文献标识码：A1引言测风传感器有杯式、螺旋桨式、超声式等类型。螺旋桨式测风传感器的外形类似飞机，其前端装有螺旋桨，螺旋桨的转速与风速成正比，通过测量螺旋桨转速即可得到风速值。通过测量飞机尾翼的位置，可以得到风向具体数值。疲劳是一种隐藏的破坏方式，但是又无时无刻在进行，并且几乎不可能完全避免。金属、塑料、木材、混凝土、有机玻璃、橡胶和复合材料等各种不同材料的结构，在载荷的反复作用下，都会产生疲劳现象[1]。由于疲劳破坏常常是在低应

5、力状态下进行的，它没有明显的塑性变形，不容易被观察到，所以往往造成灾难性的事故，造成巨大的经济损失和影响人们的生命及财产的安全。因此，对螺旋桨式测风传感器用连接件进行疲劳断裂实验是十分必要的。2概述2.1金属材料疲劳断裂研究的重要性疲劳断裂发生在承受交变或波动应变的结构中，一般来说结构破坏时对应的最大应力要低于材料的抗拉强度，甚至低于材料的屈服点，因此材料在疲劳断裂时往往没有明显的塑性变形[2]。资料统计显示，大约有50-90%的机械结构破坏属于疲劳破坏[3]。例如，在二战前后，约有20架英国“惠灵顿”号重型轰炸机连续失事，1951年英国“鸽式”飞机在澳大利亚失事，1952年

6、美国“F-86”歼击机在空中爆炸，1953～1954年英国“维金”和“彗星”号喷气客机又接连发生机毁人亡的事故，1979年美国“DC-10”大型客机在芝加哥奥黑尔国际机场起飞不久后坠毁。这一系列航空事故经调查都是由于疲劳破坏造成的。疲劳破坏不仅威胁航空业，也给铁路运输、造船、动力机械、化工行业、工程机械等造成威胁。现代工业中的许多关键部件，如蒸汽机的涡轮转子和壳体，压力容器，燃气轮机的转子、叶片、和盘等都严重遭到疲劳的袭击。就电站设备来说，西德从1971～1974年蒸汽轮机设备共发生过1393起事故，法国和英国的核电站大型锅炉也都发生过爆炸事故。至于高压储罐、输送石油管道、阀

7、门，机械中的曲轴、连杆、齿轮、轴承等发生的疲劳破坏事故，就更是无法统计了。2.2螺旋桨式测风传感器用连接件疲劳断裂实验XZC2-2G型测风传感器为定型产品，现在广泛用于海军各型舰船、海洋局各型浮标、海洋研究平台等。选择与连接件同型同批次的金属材料制成试样，进行试验与分析。图1试样的形状及尺寸（单位：mm）试验结束后,使用电子显微镜(SEM)详细观察试样的断口形貌,同时使用“Leika”金相分析系统对断口的裂纹萌生位置及裂纹初期的尺寸参数进行了测量。结果表明:疲劳裂纹的萌生机制可以分为两种,一种为表面裂纹