某型装备振动试验结构件断裂失效分析摘要：针对某型装备在延寿科研振动试验中先后出现转接舱固定面和摄像机固定支架结构件断裂失效故障，在剖析装备结构件发生失效的原因基础上，采用疲劳等价原理，结合产品实际贮存环境，科学评估结构断裂对装备科研定寿的影响。关键词：振动试验;结构件;断裂; 科研定寿 0 引言振动试验是考核装备挂机飞行耐冲击能力的重要手段。受产品结构形式、结构强度、振动条件、振动时间和工作特性等因素影响，试验件在振动过程很容易发生结构件断裂等失效故障。如何分析失效原因，科学给出失效结论，是分析装备总体贮存寿命、制定修理措施等的重要依据。本文采用常规失效分析手段，在对断裂材料开展成分、断面、金相、硬度等手段分析基础上，针对武器装备实际使用特点，同时采用疲劳等效分析原理，外推产品振动条件、断裂时机与贮存寿命的关系，最终科学评估断裂失效对产品实际挂机使用的影响结论。1 试验过程与结果 1.1 试验背景及条件为科学评估某型装备的贮存寿命，对其进行延寿科研试验。按照总体试验大纲要求，在装备机电产品进行贮存加速试验达到16 年贮存寿命时，需提取 1 套样品恢复成整弹，进行测试和环境适应性试验。通过试验和采取必要的修理措施，确认各机电产品贮存寿命能否满足 16 年贮存寿命的要求，并验证修理措施的正确性。其中振动试验振动时间为 1h，试验谱型如图 1，试验量值如表 1。1.2 试验结果 在振动试验中，采用在振动夹具上安装控制传感器的控制方式，振动夹具的安装如图 2 所示。在振动试验进行到 4min 时，发现该型装备的导引头与战斗部转接舱固定面发生断裂，如图 3 所示。更换转接舱后，根据装备结构特点更改控制方式，在装备的头部和尾部增加传感器控制点，重新进行振动。在振动试验进行到约 50min 时，发现摄像机逐渐向下倾斜;在进行完 1h 的随机振动后，在测试中发现摄像机不受控制，经检查发现安装摄像机的支架发生断裂，导致无法控制摄像机运动，断裂情况如图 4 所示。2 失效分析与讨论 通过对发生断裂的部件材料进行外观、成分、、金相、断面、硬度等分析和测定，结合实际的力学状态 分析断裂原因。 2.1 外观检查对断裂样品的表面及外观进行检查，发现两个断裂部件的表面都涂有油漆，油漆层保持完好，材料表面没有氧化、腐蚀现象。但在试验前检查时两处连接处均无裂纹、变形等缺陷。2.2 成分分析 断裂样品的化学成份分析结果如表 2 所示，通过光谱分析可知转接舱的材料为 ZL101，摄像机固定支架的材料为 ZL102 。 2.3 断面分析转接舱断面如图 5 所示，断口表面没有规律性，呈脆性闪光小面状，从断面情况分析，属脆性断裂，断面没有异常的铸造缺陷。摄像机固定支架的断面如图 6 所示，断面表面平滑，可看到疲劳源区和瞬间破断区，断裂边缘有严重的变形和损伤痕迹，呈强力变形后断裂的特征。从断面分析结果，试样属疲劳断裂，断面没有异常的铸造缺陷。2.4 金相分析及硬度检验对转接舱进行金相分析，通过拍摄金相显微组织图谱进行分析、比对，其组织形貌如图 7 所示。该铸造铝合金经过变质处理，显微组织为树枝状均匀分布的 a（A1）初晶和短条状基体与硅形成的（a+Si）共晶，在高放大倍数下可清楚地看到大部分共晶硅呈短条状，针状者则为 β（A19Fe2Si2）相。由于 a（A1）枝晶和（a+Si）共晶的晶粒较大，因此该材料力学性能不高。经检测，该铸件断口附近的硬度在 41.9HB 左右。对摄像机固定支架进行金相分析，通过拍摄金相显微组织图谱分析、比对，其组织形貌如图 8 所示，该铸造铝合金经过变质处理，显微组织为树枝状均匀分布的 a（A1）初晶和短条状基体与硅形成的（a+Si）共晶，提高放大倍数，可看出共晶硅晶粒甚为细小，使該材料力学性能有所提高。经检测，该铸件断口附近的硬度在 64.2HB 左右。2.5 力学分析在第一次振动试验过程中，转接舱 7 个螺栓连接部位都出现断裂，断裂处是舱段之间的应力集中点，断裂面呈月牙型。根据理化分析结果，断裂处没有发生塑性变形，应是由于振动产生的应力超过连接舱体材料的强度极限而引起的突然脆性断裂失效。在第...
