2022年01月,某轨道交通专用悬索桥吊杆发生断裂,为分析判断吊杆断裂原因,组织开展相关检测工作。
失效分析流程:
评估产品质量,确定事故责任人是否为产品制造商:化学元素分析、力学性能分析、几何尺寸参数测量;
研究失效机理、仿真分析应力情况,确定事故责任人是否为设计单位:宏微观形貌分析、显微组织分析、关注断口形貌特征、螺纹根部应力应变场分析。
根据材料化学成分分析检测结果,材料符合规范《GB/T 3077-2015》的要求。
根据力学性能测试结果,送检样品拉伸性能符合规范《YB/T 036.7-1992》要求,冲击性能和硬度均符合规范《YB/T 036.7-1992》的要求。
根据金相组织分析结果,叉形耳板锚杯晶间为先析铁素体,其他为回火屈氏体,不太正常。叉耳裂纹处微观金相为回火屈氏体,组织状态正常。
根据螺纹尺寸和表面粗糙度分析结果,螺纹尺寸与表面粗糙度均符合标准,但表面粗糙度较高,预紧力转化与连接效果受影响。
断口形貌分析、位错组态分析结果符合微动疲劳断裂特征,非常规疲劳断裂。
最大等效应力位于第一圈啮合螺纹根部次表层区域(裂纹萌生位置)。
主要结论
螺杆断裂机理为(拉弯)微动疲劳断裂。
螺杆受到异常较大的附加弯矩和竖向载荷,螺纹根部应力大及其幅值高是引起吊杆疲劳断裂的主要原因。
建议优化螺杆设计(提高设计标准),较大地减小短螺杆的拘束度,降低螺杆受到的附加弯矩。通过修改螺纹类型、优化螺纹几何参数(例如增大过渡圆弧直径)和表面处理,降低螺纹根部的接触应力,提高螺杆的疲劳寿命。提高螺杆表面粗糙度设计要求。