材料可靠性

2024-06-27

材料可靠性（通用4篇）

材料可靠性篇1

接触器或接触器式继电器触头的接触可靠性直接决定着客户所有相关线路和设备整体的可靠性。它是产品的重要质量特征, 不同于产品的功能指标及其它质量指标。它随时间的推移而变化, 表示了产品的耐久性、无故障性和有效性等特征。

其中辅助回路触头由于接触压力小、工作电流小等特点, 成为接触器可靠性的薄弱环节。在影响辅助触头可靠性的众多因素中, 以往多关注的是触头材料、形状及触头弹簧的设计。对尘土中典型成分的影响也有一些研究, 但对接触器本身的组成材料, 所产生的挥发物累积到触头表面影响可靠性的研究极为少见。其实这些材料中, 有些因为含有挥发性物质对触头可靠性有很大影响。为了进一步验证部分材料对触头可靠性的影响, 本文对两种含有可挥发性物质的材料进行研究, 通过对产品的可靠性试验监测, 研究不同含量的挥发物对其的影响, 给出了两种具体的试验方法和研究分析。

1 接触器组成及材料简析

接触器主要由壳体及支撑部件、线圈等组成, 其材料为塑料、漆包线、胶带、线圈骨架、金属 (银、铜、铁等) 。其中可能有挥发物, 而且能够影响到接触可靠性的, 主要是漆包线外润滑剂中的石蜡及其有机溶剂和塑料中的磷系阻燃剂。本文将对这两个部件进行试验分析, 研究其对可靠性的影响。

1.1 塑料件中磷系阻燃物的挥发

根据磷系阻燃剂的组成和结构, 分为有机磷系和无机磷系阻燃剂两类。有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯和磷盐, 无机磷系阻燃剂则包括红磷、磷酸盐和聚磷酸胺。其中一些磷系物较易挥发, 如无卤磷酸酯。本文设计了两种试验方法, 一种是定量地比较不同材料磷化物挥发量的差异, 一种是定性地比较不同的挥发量对产品可靠性的影响。以常用的PA66塑料为例, 本文试验分析选取了三家不同公司的产品A、B、C进行。

1) 试验一:将A、B、C锯成小块, 与生产触头银点用的未加工的银丝 (Ag Ni合金) 一起密封在一个玻璃试管中。管底部放蒸馏水, 以达到100%湿度。管口用玻璃塞塞好, 见图1。之后, 将其置于70℃的温箱当中, 四周后, 将Ag Ni合金取出, 用盐酸将表面的磷化物溶解。最后, 用分光光度法定量测量所有磷化物质量。每种材料均有10只试管, 结果见表1。

从试验结果可以看出, C材料挥发的磷化物最多, 一致性最差。B材料挥发的磷化物最少, 一致性最好。也就是说, 在同样的环境下, 同样结构的产品, C材料最可能对可靠性产生影响。

2) 试验二:分别用A、B、C材料做外壳等部件的接触器产品, 每种8台分别放入玻璃容器中。容器底部放水以达到100%湿度, 盖子与容器边缘用玻璃胶密封。尤其引出导线处, 注意胶的量要足以填满空隙。然后放入温箱中, 温度设置为70℃。每10天测量一次触头接触电阻, 一共持续30天, 比较不同材料导致触头接触电阻的变化。

试验结果显示:随着时间的增加, 使用C材料产品的触头接触电阻比使用A、B材料的产品触头接触电阻有明显的增加。所以材料C的结果最差, 材料A和B的结果相差不大。

结合试验一、试验二的结果说明, 使用材料C时, 其产生的含磷挥发物较多地积累在触头表面, 会使触头接触电阻更早的增加, 较大程度地影响触头的接触可靠性。

1.2 线圈中漆包线外层润滑剂的挥发

试验采用模拟正常使用的方法, 选取不同润滑剂量的漆包线作为试验样品, 材料A的润滑剂平均值为7~14 mg/mm2;材料B的润滑剂平均值为50~100 mg/mm2。试验方法如下:将装有漆包线A和B线圈的接触器式继电器各8台分别紧密安装于较为密闭的铁箱中, 设置线圈电压为1.1Us, 进行可靠性试验, 比较达到机械寿命1 000万次时出现失效的次数 (参考标准JB/T 10522—2005, 触点压降超过触点两端电源电压的10%为失效。触点回路电源电压及电流也可参考此标准) 。

结果显示, 装有漆包线A绕制线圈的接触器式继电器, 达到1 000万次无失效。装有漆包线B绕制线圈的接触器式继电器, 从751万次有两台开始出现失效, 896万次又有两台接触器开始出现失效。漆包线B的润滑剂量较大, 且单位面积的含量范围较大, 易挥发, 对辅助触点可靠性有很大影响, 不可采用或需要对产品进行结构设计改进。

2 结语

对于小型的交流接触器或接触器式继电器, 由于控制负载的电流小、电压低, 对触头的可靠性显得非常重要。本文对两种关键零部件中的挥发物给出了定量分析, 提出了塑料件中磷系阻燃挥发物的测量方法及成品验证触头接触可靠性的方法, 并设计了相关的试验验证。从试验数据中不难看出, 含有不同量的挥发物其对触头接触可靠性的影响, 并从中得到了一些在触头可靠性中容易被忽视的材料设计和选择的因素。为目前我国接触器可靠性的研究及产品设计, 提供了很好的借鉴和探索意义。

材料可靠性篇2

（一）详尽占有材料写好公文必须详尽地占有材料。材料是形成观点的基础，事实、数字，这都是公文表达出来的“干货”，当然十分重要。“譬如大匠操斤，无土木材料，纵有成风尽垩手段，何处设施？”（清·刘大：《论文偶记》）写公文如巧匠有具有禾无材无料也做不成东西。以上是从形成与表达两方面说的。所谓详尽地占有材料，一是要“尽”，就是尽可能广泛地占有材料，“贪多务得”、“竭泽而渔”、“韩信将兵，多多益善”；二是要“详”，就是详细具体。一件事情的起因、过程、结果、多种因素的干扰、正反影响效果；一件工作的动因、背景；一个问题的正反观点、来龙去脉，都要尽可能详细具体地占有，写出来的才有说服力。占有材料，就公文写作而言，有三条途径：1．平时积累，就是积学储材。平素注意学习、观察积累，用时才能厚积薄发。古人所谓“积学”，指的就是这个道理。“得之在俄顷，积之在平日”（清·袁守定：《占毕丛谈》；“占”，看；“毕”，简册），说的是一个道理。平时学习、观察积累丰富，知识面广，写作时其构思就容易触类旁通、思路开阔，择优而用，妙绪泉涌。2．受领任务后，查阅文件，搜集资料。这样得来的材料，就是间接材料。搜集资料时应注意与撰写任务、与公文主旨的相关性，也就是说，要有一定的方向、范围。操作方法是首先学习相关的中央文件，进一步领会精神实质，然后查阅上级领导机关所颁布的相关政策、规定，最后翻阅手册、年鉴等工具书及报刊、杂志上相关的情况报道和国内外研究成果。这一过程中，始终应注意查阅、收集围绕本单位工作的各项统计数字以及信息、简报、总结、报告、会议纪要等相关资料，做到：上下通达，全局了然于胸，命笔瞻前顾后。

「 1」「 2」「 3」

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3（三）认真核实材料对于材料的核实工作，贯穿于材料准备过程中的占有、筛选、加工等各个环节。这里集中研究一下是必要的。一切虚构的、生编乱造的、未经核实的材料，包括情况、数字、引文等都不能用于公文。新《办法》特别提出，材料中的人名、地名、数字、引文等一定要准确。一旦发现疑点就要更正或删除，这是件严肃的工作。否则一字之差，后果不堪设想。惟其如此，才能保证做到材料可靠，情况确实。联系近年来一些公文中出现的差错，更会使我们认识到核实材料的重要意义，体会到核实工作要由始至终，要全方位，无论反复几遍但都须态度认真，抱着强烈的责任心，这一要求是非常重要的。此外，我们还要掌握一些行之有效的操作方法和现代科学技术分析方法。例如，一件事情的发生，有其起因、背景、过程与影响，有多种因素与内在联系，这都要核实；一件工作的动因、作法、进程与效果，有其主观与客观因素，有其远因和近因，这在核实中也必须予以注意。再如，一个统计数字，不能仅仅停留在它的计算是否准确、精确度是否一致、是否能在公文中起到证明观点的作用，而且还要核实一下真假与误差：它的统计指标体系是否科学合理，是否合乎中国的当代的现实，用在某一地区、某一专业或行业是否适合，等等；它的统计口径是否恰当，是否能够涵盖该种类对象特征，是否与实际情况不符，是否有所遗漏或隐瞒，等等；它的计算方法，特别是经常采用的“算术平均加权系数”的界定，是否准确合理，在反映差别上是否科学恰当，是否符合实际，是否能够反映现实中的差异和问题，等等。无差异即无信息，信息量当然与信息价值成正比。一个材料无信息、无价值，用它干什么！而且，在数字的运用上，能否使定性分析与定量分析的方法有机地结合起来，起到证明观点的作用，则是比较复杂的核实工作了，那需要在审

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材料可靠性篇3

1 金属材料的硫化氢腐蚀作用

1.1 金属材料硫化氢腐蚀作用的概念

硫化氢 (H2S) 常以不固定形式存在于腐蚀环境中, 金属材料受其影响会产生腐蚀缺陷, 常引发机械故障或损坏[1]。

1.2 金属材料硫化氢 (H2S) 腐蚀过程中存在的变化和反应

1.2.1 金属材料在硫化氢 (H2S) 腐蚀过程中产生的变化

硫化氢 (H2S) 环境下的金属材料主要包含以下几种变化:第一, 金属材料与硫化氢 (H2S) 溶液之间会发生电化学腐蚀反应。第二, 硫化氢 (H2S) 环境下, 附着在金属材料内表面的氢原子通过吸附作用转化为金属材料中溶解的氢[2]。

1.2.2 金属材料在硫化氢 (H2S) 氢腐蚀过程中产生的反应

该过程的化学反应变化为:

H2S↔H++HS-

随着反应的发生, 溶解的硫化氢 (H2S) 会发生逐步电离, 进而使得自身PH值转变为酸性。

2 金属材料经硫化氢 (H2S) 腐蚀后的疲劳可靠性

为了更好地判断经硫化氢 (H2S) 腐蚀后的金属材料疲劳可靠性, 这里设计了一种硫化氢 (H2S) 腐蚀实验, 并对经过该实验处理之后的金属材料疲劳可靠性进行测定:

2.1 金属材料的硫化氢 (H2S) 腐蚀实验设计

该实验包含金属材料的硫化氢 (H2S) 腐蚀实验和腐蚀处理之后的金属材料疲劳可靠性实验。这里统一将实验中需要应用的金属材料选择为常见的钢材料。就金属材料的硫化氢 (H2S) 腐蚀实验而言, 为了保证实验效果, 这里针对同一种钢材料设计了三个实验小组。第一组实验为不将钢材料浸泡于硫化氢 (H2S) 溶液环境中;第二组实验为, 将钢材料置于1000ppm的硫化氢 (H2S) 溶液中浸泡48小时;第三组实验为将钢材料置于1000pm的硫化氢 (H2S) 溶液中浸泡24小时。就经腐蚀作用之后的钢材料疲劳可靠性实验而言, 该实验是通过钢材料条件概率密度分布曲面模型的方式完成的。该实验的实验原理为:将钢材料本身的疲劳寿命作为一个随机变量, 当应力水平已知且不会发生变化时, 钢材料的疲劳寿命会出现一个具有稳定性特点的概率密度分布曲线[3]。若将其疲劳寿命取对数处理, 则数据变为一组新的正太分布随机变量。钢材料的条件概率密度分布函数公式为:

Y=f (x|Q1)

在实际实验过程中, 可以对已经经过硫化氢 (H2S) 腐蚀作用的钢材料应用该方法进行处理, 从所得数据点分布的实际情况判断钢材料的疲劳可靠性情况。

2.2 金属材料硫化氢 (H2S) 腐蚀的疲劳可靠性实验结果

2.2.1 第一组钢材料的实验结果

该组钢材料并没有经过硫化氢 (H2S) 溶液的浸泡腐蚀处理, 因此其所得疲劳寿命可以为其他两个实验小组进行对照。就该小组而言, 在应力水平分别为450、500以及550的情况下, 钢材料的疲劳寿命分别为251.36kc、123.19kc、87.61kc。

2.2.2 第二组钢材料的实验结果

就第二组而言, 经过硫化氢 (H2S) 溶液24h浸泡处理的钢材料在上述三种应力水平状态下的疲劳寿命分别为198.38kc、117.50kc、79.21kc。

2.2.2.1第三组钢材料的实验结果

就第三组而言, 钢材料经过48h硫化氢 (H2S) 溶液浸泡之后在450、500以及550这三种应力水平状态下, 疲劳寿命值分别为130.83kc、103.81kc、57.26kc。

2.3 金属材料硫化氢 (H2S) 腐蚀的疲劳可靠性实验结果分析

从上述三组实验结果的对比可以发现, 经过24h硫化氢 (H2S) 溶液浸泡处理的钢材料比未经腐蚀处理的疲劳寿命发生显著降低, 并且这种变化具有高应力水平的变化幅度低于低应力水平变化幅度的特点;经过48h硫化氢 (H2S) 浸泡处理的钢材料比未经硫化氢 (H2S) 溶液腐蚀处理、经过24h硫化氢 (H2S) 溶液腐蚀处理的钢材料的疲劳寿命发生显著降低。从这三组实验所得数据结果的对比可以发现, 腐蚀因素的存在具有降低金属材料疲劳可靠性的作用。随着腐蚀时间的增加, 金属材料的疲劳可靠性会越来越低[4]。对此, 为了保证以金属材料为主要组成原理的生产设备或工具的正常使用, 应该通过防腐蚀措施的应用, 促进生产活动的顺利进行, 防止由设备损坏引发的经济损失。

3 结语

通过钢这种金属材料在1000ppm H2S溶液中的腐蚀实验及钢材料条件概率密度分布曲线模型来测定。实验结果表明, 经硫化氢 (H2S) 溶液浸泡时间越长的钢材料疲劳寿命越低。就不同的应力条件而言, 应力越低的钢材料的疲劳寿命降低程度越高。因此, 在实际的金属材料应用过程中, 应该尽量将硫化氢 (H2S) 等腐蚀因素有效控制起来, 防止其对金属材料的使用性能产生影响。

摘要：引发金属材料损坏的主要因素为腐蚀。由于金属材料在我国的应用领域较为广泛, 其领域生产安全对金属材料的腐蚀疲劳可靠性提出的更高的要求。本文根据硫化氢 (H2S) 腐蚀基本原理, 进行金属材料腐蚀后疲劳可靠性分析研究。

关键词：金属材料,硫化氢 (H2S) ,腐蚀,疲劳可靠性

参考文献

[1]翟建明.金属材料经硫化氢腐蚀后的疲劳可靠性研究[D].北京工业大学, 2013.

[2]阮晓刚.常减压装置腐蚀机理研究与可靠性分析[D].西南石油大学, 2005.

[3]朱晏萱.N80钢硫化氢腐蚀行为研究[D].大庆石油学院, 2008.

材料可靠性篇4

FRP材料是由多股连续纤维通过基底材料进行胶合后,再经过特制的模具挤压和拔拉成型的。其中纤维起加劲作用,基材主要起粘结作用。根据纤维种类的不同,FRP材料相应地有3种:玻璃纤维增强塑料(GFRP)、碳纤维增强塑料(CFRP)、芳纶纤维增强塑料(AFRP)。

1.1 FRP材料的蠕变性与蠕变破坏

纤维补强筋中只有少部分具有良好的抗蠕变性能,大部分的树脂都不是这样,纤维在复合材料中的方向和体积率对FRP筋的蠕变特性影响很大。

1.2 FRP材料的热胀性

FRP筋增强混凝土是一种复合材料,其中FRP筋是增强材料,混凝土是基体。因此,为使混凝土和FRP筋的变形最小,这两种材料在热应力下的性能必须接近。混凝土的热胀系数在6×10-6 ℃时,通常看作是各向同性的。FRP筋的纵向和横向热胀系数不同,与纤维、树脂类型纤维的体积率有关。

1.3 FRP材料的抗弯性能

FRP筋可用热固性树脂或热塑性树脂制成。热固性树脂由于它们的分子结构在受热时会分解,因此这种树脂制成的FRP筋不能弯曲。用热塑性树脂制成的FRP筋可以通过加热,加压来弯曲。有文献表明FRP材料的弯曲部分的强度f0取决于弯曲部分的曲率半径与FRP筋直径的比值。

2 基本工况

文中的数据是基于美国加利福尼亚洲华盛顿沃什湾大桥的加固所得的现场数据。该桥建于1968年,双幅斜桥,两车道,总长12.8×16+10.5×2=225.9 m。上部结构为现浇钢筋混凝土梁板结构,横向设置15.6 cm厚间隔2.13 m的横隔板。资料显示能够目测到桥面板腹面多处横向和纵向裂缝。详细研究后发现梁先弯曲方向发生横向开裂,裂缝大约间距14 cm,从而使横向有效宽度受到了限制,在荷载作用下,纵向裂缝开始发展,间距24.4 cm,一直延伸到整个桥面系。局部地方的剪切承载能力在双向裂缝的影响下已小于荷载效应,十分危险。为研究材料的变化,在相同的工作条件下用相同的人员及材料制作了一批样板,也用碳纤维布进行补强,相互对比加强后的构件强度。

2.1 测试数据的统计分析

拟合所用概率分布密度函数(PDF)及累计分布函数(CDF)。

正态分布:

PDF:f(x; $μ ‚ σ) = \frac{1}{σ \sqrt{2 π}} \exp {- \frac{1}{2} (\frac{x - μ}{σ})^{2}} ‚ σ ＜ \infty ‚ - \infty ＜ x ‚ μ ＞ \infty$ 。

CDF:F(x; $μ ‚ σ) = \frac{1}{σ \sqrt{2 π}} \int_{- \infty}^{x} \exp {- \frac{1}{2} (\frac{x - μ}{σ})^{2}} d t$ 。

其中,μ,σ分别为正态分布的平均值及标准方差。

自然对数分布:

PDF:f(x; $μ ‚ σ) = \frac{1}{x σ \sqrt{2 π}} \exp {- \frac{1}{2} (\frac{Ι n (x) - μ}{σ})^{2}} ‚ x ＜ \infty ‚ σ ＜ 0 ‚ - \infty ＜ μ ＜ \infty$ 。

CDF:F(x; $μ ‚ σ) = \frac{1}{σ \sqrt{2 π}} \int_{0}^{x} \frac{1}{t} \exp {- \frac{1}{2} (\frac{Ι n (x) - μ}{σ})^{2}} d t$ 。

同理,μ,σ分别为自然对数的平均值与标准方差。

威布尔分布:

PDF:f(x; $α ‚ β) = \frac{α}{β^{α}} x^{α - 1} \exp {- (\frac{x}{β})^{α}} ‚ x ＞ 0 ‚ α ‚ β ＞ 0$ 。

CDF:F(x; $α ‚ β) = 1 - \exp {- (\frac{x}{β})^{α}}$ 。

其中,α,β分别为威布尔分布形状参数及比例参数。

伽玛分布:

PDF:f(x; $α ‚ β) = \frac{1}{β Γ (α)} x^{α - 1} \exp {\frac{x}{β}} ‚ x \geq 0 ‚ α ‚ β ＞ 0$ 。

CDF:F(x; $α ‚ β) = \frac{1}{Γ (α)} \int_{0}^{x / β} z^{α - 1} \exp {- z} d z$ 。

同理,α,β分别为伽玛分布形状参数及比例参数。其中,Γ(α)=∫∞0tα-1e-tdt。

2.2 可靠度指标β的计算

文中采用如下方法,以下为其中一种较为常用的设计常用可靠度指标β的计算方法,不妨假设设计抗力值为R*=μR(1-kcovR)。其中,μR,covR分别代表抗力变量的平均自变异系数值。然后用正态分布的平均值和方差值来逼近抗力这一非正态分布的平均值与方差值。 $σ^{'}_{R} = \frac{φ {Φ^{- 1} [F (R^{*})]}}{f (R^{*})} ‚ μ^{'}_{R} = R^{*} - σ^{'} \times Φ^{- 1} [F (R^{*})]$ ,其中,F(R*),f(R*)分别为累计正态分布函数与概率分布函数密度。如果是对数正态分布的抗力,F(R*),f(R*)则可分别表示成 $F (R^{*}) = Φ [α] ‚ f (R^{*}) = \frac{φ [α]}{cov_{R} \times R^{*}}$ ,其中, $α = \frac{Ι n R^{*} - Ι n μ_{R}}{cov_{R}}$ ,此时,可靠度系数则可表示成 $β = \frac{μ^{'}_{R} - μ_{Q}}{\sqrt{σ^{'}_{R}^{2} + σ^{'}_{Q}^{2}}}$ ,而新的抗力则可以用式子 $R^{*} = μ^{'}_{R} - \frac{β σ^{'}_{R}^{2}}{\sqrt{σ^{'}_{R}^{2} + σ_{Q}^{2}}}$ 来计算。周而复始,如果计算结果与初始假设值相符,则停止计算。否则用新得到的R*值代入计算式 $σ^{'}_{R} = \frac{φ {Φ^{- 1} [F (R^{*})]}}{f (R^{*})} ‚ μ^{'}_{R} = R^{*} - σ^{'} \times Φ^{- 1} [F (R^{*})]$ ,重新计算,直至满足要求为止。

2.3荷载效应Q的蒙特卡罗法模拟统计分析

经有限元分析,荷载在补强板上的分布在横向与竖向上是相同的,故而可进行等效计算。由于加强材料质轻,其重量可忽略不计,恒荷载与活荷载的计算,以及考虑动荷载影响的计算没有很大的改变。对于横向加强的恒载计算可将板简化成两端简支在梁上的连续板带(或梁带),考虑到连续梁对跨中弯矩的消减作用,弯矩可乘以连续系数0.8,这样恒载的弯矩计算就可以表示成

其中,w为荷载在板带上的分布系数;l为横向梁

与梁之间的净跨径。活载的计算则可通过式来计算,其中,S,P分别为梁间净跨径、汽车荷载。

2.4抗力效应P的蒙特卡罗法模拟统计分析

用蒙特卡洛法计算补强后板的极限承载能力,下式为力与应

力的平衡方程式:

其中,AFRP为单位宽的FRP材料的横截面积;EFRP为FRP材料的模量;εFRP为FRP材料的应力;As为单位宽度面内钢筋的面积;fy为钢筋的屈服强度;f′c为28 d的混凝土抗压强度值;这样

FRP材料的名义弯矩值可用下式计算

3结语

本文通过华盛顿大桥的检测数据对用于桥面板补强中的FRP材料性质的内在可变性进行了统计分析研究,经过对数据的研究发现测试的FRP材料的厚度、模量、极限应力数据具有很大的离散性,故而需要选择合适的统计分布函数来进行模拟分析,结果发现自然对数函数对模量的模拟效果比较好,而威布尔分布则对于厚度、极限应力的描述比较好,补强板的可靠度分析则通过用蒙特卡罗分析法计算对比设计常用可靠度指标β计算方法较为精确。不管怎样,不同的可靠度指标β的计算方法将得到不同需要精度的可靠度值,可根据设计的需要来进行灵活的调整。

摘要：主要研究了以碳纤维作为外贴加固材料加固桥面板时的可变性,运用多种不同的常用分布对所得的多组数据进行了统计分析以评定材料性质变量及其吻合度,所得结果用蒙特卡洛模拟法进行了可靠度分析。

关键词：混凝土,FRP,可靠度,材料可变性

参考文献

[1]唐智,于峰,孟宏睿.FRP加固混凝土结构耐久性研究[J].山西建筑,2007,33(22):15-16.

[2]蒙云,卢波.桥梁加固与改造[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]王钧利.在役桥梁检测、可靠性分析与寿命预测[M].北京:中国水利水电出版社,2006.

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