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    多级离心风机叶片断裂的原因分析

    发布时间:2023-01-31阅读量:26

    1、多级离心风机的失效模式和部位

    通过对失效叶片的宏观观察认为其失效模式为低周疲劳断裂,断裂位置位于距离防雨罩约20cm的叶尖一侧,源区位于迎风面象限。该区域在结构上属于整个叶片的应力集中部位。2、原因与机理分析

    失效件源区大部分区域断口较平,玻璃纤维编织布明显分层,纤维束间及纤维表面可见较多聚集态的白色颗粒状树脂碎块,树脂松软、有弹性,大部分树脂表面形貌类似自由表面,树脂与纤维界面结合不良;纤维断面呈“V”型,应为受到反复弯折所致,纤维表面较光滑,绝大部分纤维表面无树脂包覆。

    比对试样人工断口纤维束表面未见呈碎块状聚集的树脂,纤维及纤维束间树脂呈解理形貌并可见明显的撕裂棱线及变形痕迹,部分纤维表面有树脂包覆,纤维与树脂界面的结合状态良好。

    分析结果表明与正常比对试样相比,济南离心风机的失效件抛光面较粗糙,纤维束间树脂疏松;显微硬度测试表明正常比对试样纯树脂、正常比对试样纤维束间树脂以及失效件纯树脂区域的显微硬度基本一致,而失效件未固化树脂硬度极低,测试完成后长时间搁置时失效件压痕位置有回弹现象。 DSC测试结果表明正常比对件复合材料的固化程度优于失效件复合材料的。

    综合上述形貌特征及测试结果表明失效件叶根附近区域树脂固化不完全,树脂与纤维结合不良,造成多级离心风机的叶片根部变截面区域的强度、刚度极低,因此不足以承受外部疲劳载荷作用;且纤维束间固化不完全的树脂无法将载荷有效的传递给临近的纤维束,导致叶根变截面处结构应力集中区域的复合材料局部承受疲劳载荷作用发生分层开裂、扩展直至断裂。

    3、树脂未完全固化原因分析

    红外光谱分析结果表明正常比对件复合材料及失效件复合材料均为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料;含有失效件批次所用树脂的混合L235树脂与纯L235树脂无明显差异;因此可以基本排除环氧树脂异常导致固化不完全的可能。

    含有失效件批次所用固化剂的混合固化剂239与纯239固化剂相比含有脂类物质杂质,因此失效件所用固化剂组分异常的可能性不能排除。

    70℃/8 h灌注样条试样与正常比对试样纯树脂硬度基本一致,失效件纤维束间树脂与环氧树脂/固化剂配比为100∶20试样纤维束间树脂的显微硬度相近,因此固化剂配比不当或固化剂有效含量不足导致固化不完全的可能性不能排除。

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