失效模式和机理

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失效模式和机理(精选四篇)

失效模式和机理 篇1

开展电子元器件失效分析的目的就是通过确定失效模式和失效机理, 提出对策, 采取措施, 防止类似的失效模式和失效机理重复出现。目前的航空维修产业, 失效分析在质量归零中具有特别重要的意义和作用。在电子信息技术迅速发展的今天, 航空维修对于电子元器件可靠性的问题也越来越重视。

1 常用电子元器件的失效模式

机载电子设备中的电子电路和电子系统主要是由各种元器件组成的, 主要的元器件种类有电阻器类、电容器类、电感和变压器类、集成块类、接触器类。

电阻器类元器件包括电阻和可变电阻, 它们在电子设备中使用量大, 并且是一种易发热消耗功率的元器件。电阻器的失效模式与产品结构、工艺、使用环境等密切相关, 主要分两大类:致命失效和参数漂移失效。致命失效主要表现为短路、机械损伤、接触损坏、短路、绝缘、击穿等, 由于电阻阻值漂移导致的失效较少, 只有10% 左右。

接触器类的元器件主要可分为开关、连接器、继电器和启动器等, 其中开关和接触件以机械故障为主, 主要由于磨损、疲劳和腐蚀所致, 而接点故障、机械失效等则是继电器等常见的失效模式。

2 电磁继电器工作原理及常见的失效机理

2.1 电磁继电器工作原理

继电器是当今航空航天等领域应用非常广泛的电子元器件, 它是用较小电流来控制较大电流的一种自动开关。继电器种类繁多, 通常将继电器分为电磁继电器、干簧继电器、时间继电器及固态继电器等几种。其中电磁继电器结构清晰、工作可靠, 是机载电子设备应用最广泛的一种继电器。图1 给出了部分电磁继电器产品实物图。

电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点、簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压, 线圈中就会流过一定的电流, 从而产生电磁效应, 衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯, 进而带动衔铁的动触点与静触点 (常开触点) 吸合。当线圈断电后, 电磁的吸力也随之消失, 衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置, 使动触点与原来的静触点 (常闭触点) 吸合。这样吸合、释放, 从而达到了在电路中的导通、切断目的。

2.2 电磁继电器主要失效模式和失效原因

电磁继电器整体失效的主要模式有:继电器常开、继电器常闭、继电器动弹簧动作不满足要求、触点闭合后继电器电参数超差, 继电器有不稳定故障。

由于电磁继电器生产工艺的不足, 很多电磁继电器的失效在生产过程中就埋下质量隐患, 如机械应力释放期过短导致机械结构成型后部件变形, 残留物去除不尽导致PIND检测不合格甚至失效, 出厂检测与使用筛选不严使得失效器件投入使用等。

3 机载电子设备中电磁继电器失效案例分析

3.1 转换器设备中固定部位的继电器易失效

转换器设备中装有30 余个电磁继电器, 根据故障情况统计, 有2 个固定位置的继电器故障发生次数明显高于其他部位, 且该部位的电磁继电器故障模式主要为触点常闭或常开。

检查失效的电磁继电器外观, 没有发现异常, 且失效继电器周围的元器件也没有受到损伤。打开继电器进一步检查, 继电器触点没有积炭污染等异常现象, 在检查继电器电磁铁时, 发现缠绕在铁芯上的线圈有断丝现象, 这便是导致电磁继电器失效的原因。

分析转换器电路原理, 失效部位的电磁继电器后端接入的电子设备消耗电流要大于其它位置继电器, 而在设备设计时, 设计人员选用了相同型号的继电器, 同时给予器件的冗余度不够, 因此这两个固定位置的继电器比其他位置继电器出现故障的概率要高。

转换器设备中固定位置的继电器是因为长期在大电流的情况下工作, 经长时间大电流工作, 电磁继电器内部线圈因长期受热, 最终熔断失效。

3.2 机载电源配电设备继电器接入负载后失效

机载电源配电设备空载时, 各项性能正常, 设备内的继电器均可正常工作, 当设备后端接入负载后, 设备内部某一继电器不能正常吸合, 导致设备故障。

继电器在生产过程中, 要经过焊接等工序, 焊接后若不进行完全清洗, 就会残留部分生胶带和松香焊剂, 在继电器工作一段时间后, 这些残留物会释放出有机分子, 继电器继续使用, 有机分子将会吸附聚集在触点表面, 形成有机薄膜, 因有机薄膜不导电, 引起触点接触电阻增大, 最终导致继电器性能下降直至最终失效。

4 结论

电磁继电器只是机载电子设备应用的电子元器件中的一类, 而我们在机载电子设备维修过程中会遇到各种类型各种模式的电子元器件失效, 通过失效分析, 我们可以对设备的修理工艺提出改进建议和提高可靠性的改进措施, 逐渐转换修理模式, 从修理中总结经验, 将事后修理慢慢与预防性修理结合, 提高产品修理技术水平。从失效分析看, 电子元器件使用前的严格有效筛选也是可以帮助我们提高机载电子设备的维修质量, 减少因电子元器件自身缺陷带来的质量隐患。

摘要:在机载电子设备维修过程中, 常常会出现电子元器件失效, 从而影响电子设备的正常工作。文中阐述了常见的电阻器类、电容器类、电感和变压器类、集成块类及接触器类元器件的主要失效模式, 并着重分析了机载电子设备中常用的电磁继电器的失效机理和失效模式。针对两例因电磁继电器失效引起机载电子设备故障的案例, 开展电磁继电器失效原因分析。

关键词:电子元器件,失效分析,失效机理,电磁继电器

参考文献

[1]孔学东、恩云飞.电子元器件失效分析与典型案例[M].北京:国防工业出版社, 2006.

失效模式和机理 篇2

摘 要:汽车燃油表是对汽车驾驶员而言影响非常大的仪器类型。而由于汽车燃油表失效造成的问题屡屡发生,为此,本文在深入分析汽车燃油表系统构成的基础上,提出了目前燃油表失效的主要问题,并且针对性地提出解决汽车燃油表不准的失效式的措施,以期能为燃油表的不断完善提供参考和借鉴的依据。

关键词:汽车燃油表;失效模式;指示不准

中图分类号: TM4 文献标识码: A 文章编号: 1673-1069(2016)16-184-2

0 引言

汽车的燃油表是用以监控汽车燃油箱内燃油的贮油量和消耗情况的一个仪表装置。汽车燃油表是汽车驾驶员参考的重要仪器之一,能有效预测车辆行驶过程中燃油情况。一旦燃油表不准,就会对驾驶员操作有着非常大的影响。因此,加强对汽车燃油表的研究是非常重要的。

1 汽车燃油表的主要构成元素

汽车的燃油表即汽车的油位系统,在这个系统中主要包含了硬件和软件(系统)两个部分[1]。其中硬件主要是指油箱、仪表等部分,而软件则是能够随着信息技术的发展而不断改变的燃油表控制系统。在信息技术的不断发展过程中,汽车油表的控制系统的构架也发展为GLOBAL A形式,甚至是混合形式的架构[2]。在汽车燃油表控制系统中,读取油量数据的方式主要是通过线束来将油位信号传输给车身的控制模块,进而利用高、低速总线来将计算出来的信息显示到仪表中[3]。因此,驾驶员只要通过读取仪表指针位置就能够明确油箱中剩余的油量。总体而言,燃油传感器信号的采集就是通过置于油箱内部的燃油表调节连杆角度来调节自身电阻的滑动变阻器,在杆的端点将连接一个浮子,一旦油箱内油量发生变,浮子的高度也会随之变化,进而改变连杆角度。

2 失效案例分析

由于燃油表受到多个区域因素的影响,因此其指示不准的失效问题不仅涉及底盘问题,还涉及整车的动力总成和电子系统问题。一般情况下,维修站在遇到客户反映燃油表指示不准确的问题时,都需要从系统的软件和硬件进行分析,步骤通常如下:首先,判断燃油表显示情况与发动机控制模块显示的剩余油量是否一致,若不一致,则检查仪表是否存在问题;若一致,则检查油位传感器以及油箱碳罐是否存在问题[4]。而本文的研究主要从硬件结构入手,具体情况如下:

2.1 燃油表指针始终指示为空,油泵浮子无法浮起

例如A型车的燃油表指针始终指示为空,在维修店更换燃油泵之后发现其原因为油泵浮子无法浮起,因此判断该车燃油表不准的原因为油泵出现故障。然而,15件在维修站已确认无法浮起的浮子在供应商的浸油试验中都能正常浮起。而与新零件对比发现,失效件的浮子里边具有大量的汽油,其重量明显重于新零件,进而难以在汽油中浮起。而将失效浮子晾晒后发现,浮子里的油被蒸发,浮子重量小了,就能正常使用了。统计研究发现,市场上存在A、B两种型号的浮子,而出现问题的基本为B型浮子。为此,本研究进行了如下实验;

①将失效浮子放在70℃左右的E20乙醇汽油中浸泡20h,观察其重量变化情况,结果显示失效浮子变化率大都超过了要求,如图1所示。

②为对比A、B型浮子的区别,将A、B两种型号的新浮子分别放置在70℃的E20乙醇汽油及标准无铅汽油中浸泡20h,结果发现,浮子在E20乙醇汽油中的重量变化率比较大,而同在E20乙醇汽油中浸泡,则B型大于A型。

由此可见,含醇汽油是影响浮子失效的重要外在原因。因此,在分析燃油表失效时必须充分考虑油品因素的影响。

2.2 燃油表不准,且伴有熄火、加速无力等失效

调查显示,大部分燃油表不准的车型都会伴有熄火、加速无力等失效,而研究显示,此类现象主要是由油箱线或者车身线的腐蚀导致。据调查,B型插件是从乘客舱穿过车身然后再到底盘的,因此,乘客舱内是不防水的。此外,插头上有水油箱线束接插件。可见,油箱线或者车身线腐蚀的根本原因就是乘客舱没有防水设计,导致接插件端进水并腐蚀。针对这一失效机理,工程师们又进一步完善该接插件类型,不仅更改了其基座、线束端子等设计,还增加了双面防水设计,具体如图2所示。

2.3 燃油表指针混乱

在某后驱车型中,为了能够给予传动轴充分的空间,该车型采用了马鞍形的油箱设计,使得油具有主、副两个腔,且两个腔都分别放置燃油液位传感器。两腔中先消耗的为副腔中的燃油,然后再消耗主腔中的燃油。但受到结构关系的影响,两腔之间存在着传感器的死区,使得燃油表指针出现混乱。

3 改善燃油表不准的相关策略

3.1 改善乙醇汽油的质量

在失效案例分析中发现,醇汽油是影响浮子失效的重要外在原因,因此,改善乙醇汽油质量能有效改善燃油表不准的问题。乙醇作为可再生能源,因此,在汽油中加入一定量的乙醇不仅可以节约能源,还能降低汽车尾气的污染。但是,乙醇汽油不仅容易影响汽车动力,而且极易加重浮子重量,进而影响汽车燃油表准确度。为此,需要针对汽车所使用的乙醇汽油的配方进行调整,确保汽车燃油表正常工作。

3.2 确保插件的防水设计合格

在汽车运行过程中,如果插件的防水设计不合格,那么就有可能使插件受到水浸影响,使得邮箱接线出现腐蚀而导致线路短路。那么,在车辆运行时就有可能出现加速不利或者突然熄火的现象。为此,在针对汽车的设计过程中,相关的设计人员需要注意插件防水的设计,结合实际的使用情况来不断完善设计方案。

3.3 改善燃油表阻尼策略

改善燃油表的阻尼策略能有效解决车辆在行驶过程中受到地形或者车速颠簸造成的油位指示失准问题。而改善燃油表的阻尼策略可以采用将其转变为转速信号控制的形式,在汽车行驶后,就会向燃油表发送信号,燃油表接收信号后,就会增加阻尼,进而能够准确地将油位信息显示出来。

3.4 燃油表响应速度策略

燃油表的响应度数影响到实际的准确值,因此,加快燃油表的响应速度是有效的改善措施。一般情况下,燃油表的响应速度分为三种,一是快速响应速度,二是中速响应速度,三是慢速响应速度。

4 总结

准确的燃油表能为驾驶员提供有价值的参考信息,避免在汽车操作过程中出现不必要的失误,加强汽车驾驶的安全稳定性,可见,汽车燃油表的准确性对于汽车驾驶员而言影响是非常大的。因此,在未来的发展过程中,在汽车设计方面还需要不断完善汽车燃油表的设计,避免失效现象方式。

参 考 文 献

[1] 刘小明,袁新文.车辆燃油表显示原理及故障检测[J].汽车电器,2015,12:33-35.

[2] 王娟,钟双勇.柱状式汽车电子燃油表[J].科技展望,2015,32:115.

[3] 高阳,李学光.汽车燃油表不准的失效模式与改善处理分析[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2016,02:293.

失效模式和机理 篇3

汽车轮毂轴承是重要的安全件,表面起源和次表面起源的“疲劳剥落”[1]在其工程应用中常常同时出现,识别剥落的先后主次对甄别失效根本原因和提高其可靠性具有重要意义。

轮毂轴承结构见图1,前轮角总成结构见图2。

1 失效背景

某款第一代轮毂轴承在路试完成50%时发生早期疲劳剥落。角总成返回件内侧视图见图3。

轴承内侧油脂颜色变黑,并且混入了一些细小的金属碎屑,而外侧油脂依然表现为正常的浅棕色,内部无杂质。轴承内侧内圈滚道出现全周向分布的大面积剥落,并伴随着无数碾压凹痕。轴承内侧列宏观状态见图4。轴承外侧列宏观状态见图5。内侧内圈宏观状态见图6。图中的轴向断裂为拆卸操作所引起,此处不展开论述。

由于内圈剥落产生大量金属碎片的影响,轴承的内侧外圈与之对应出现了大量的碾压凹痕。内侧外圈宏观状态见图7。

外侧内圈和外圈的滚道状态皆良好。内外圈上分别出现一些断裂以及等球间距分布的压痕,这些压痕亦是由拆卸操作所引起,此处不展开论述。外侧内圈宏观状态见图8,外侧外圈宏观状态见图9。

由上述情况可见,此轴承外侧列尚未失效,而内侧列发生了以疲劳剥落为失效模式的早期故障。同时内侧内圈上的剥落已发展至较为后期的阶段。

2 机理分析

次表面起源与表面起源的疲劳剥落尽管外观大致相似,但由于产生的机理不同,对于尚未发展到非常后期以致初始状态已被完全破坏的剥落,目视检查是可以直接识别的。

根据Sweahan和Lund等人在1976年提出的滚动轴承在接触疲劳时马氏体的衰退过程的论述,次表面起源型疲劳是在滚动接触载荷作用下,组织发生变化并在次表面开始出现显微裂纹,而这些裂纹的出现常常是由轴承钢中的夹杂物引起。通常起源点在剥落区域的中心部位,且剥落呈同心圆状由内向外扩展,典型的表现形式是靶环形剥落。也就是说,次表面起源的疲劳剥落,起源点应该在剥落区域的中心。

表面起源型疲劳可能是在润滑状况劣化且出现一定程度的滑动时,对滚动接触金属表面微凸体产生的表面损伤所引起,也可能是由污染物颗粒导致的碾压凹痕等表面塑性变形所引起。通常起源点在剥落区域的边缘,且剥落向滚动方向自然扩展,典型的表现形式是V型剥落。

首先应用目视检查法,将轴承的失效部件放到体式显微镜下观察剥落滚道的表面形貌。由于内侧内圈的剥落面积最大,最为严重,根据经验可判定其为最早发生剥落的部件。

将内侧内圈的滚道放大30倍观察。可以在大片连续的剥落中,有一处局部剥落呈现出靶环形形貌,这便是次表面非金属夹杂物导致的次表面起源型剥落的典型特征。内侧内圈靶环形剥落见图10。

继续观察30倍下的内侧内圈滚道,可发现滚道上剩余的剥落多呈现出V形形貌,这是典型的由表面颗粒物碾压导致的表面起源型剥落的典型特征。V形剥落见图11。图中可见剥落是自右向左扩展的,而钢球在应用中的滚动方向也是自右向左,与疲劳剥落的扩展方向相符。

由目视检查可知,该失效件的滚道上既有次表面起源的特征,又有表面起源的特征,说明此轴承即发生了次表面起源剥落,也发生了表面起源剥落。这样一来,两种失效模式的主次先后就无法直接识别,而是存在了两种可能:1)内侧内圈滚道次表面存在夹杂物导致次表面起源型疲劳剥落,而剥落下来的大量金属碎屑在滚道中滑动并被钢球反复碾压,造成润滑油膜失效和表面损伤,进而导致表面起源型疲劳。2)内侧滚道润滑失效导致表面损伤,或者滚道表面本身存在磨削烧伤等加工缺陷,进而导致表面起源型疲劳。而该疲劳剥落留下的粗糙表面进一步使剥落区域下的次表面产生大于正常水平的应力,并最终造成次表面起源型疲劳。

对于夹杂物引起的次表面起源型剥落,滚道次表面会形成黑色浸蚀区(Dark Etching Region)和白色浸蚀区(White Etching Region),又称蝶斑,这些形似蝶斑的显微裂纹向滚动接触表面扩展,进而产生剥落。通常可以使用扫描电子显微镜或者金相显微镜在剥落表面或者滚道沿滚动方向的剖面上观测到氧化铝、氧化钙、氧化镁等非金属夹杂物。

而滚道表面本身是否存在加工缺陷可以通过材料硬度、金相组织评级、微观结构变化检验等金相检验方法加以确定。

内侧内圈的热处理为整体淬火,通过硬度检查和金相组织评级可知该内侧内圈本身材料和热处理符合出厂标准,硬度检查结果见表1。微观组织见图12。

再对内侧内圈滚道剥落区域的截面金相组织进行微观结构变化检验。

先选取垂直于钢球滚动方向的截面为观测截面检查是否存在磨削烧伤,判断未发现烧伤。结合以上硬度检测和微观组织评级的结果,判断内侧内圈不存在工艺缺陷。

再选取平行于钢球滚动方向的截面为观测截面检查次表面是否存在浸蚀区,发现次表面已出现黑色浸蚀区,且深度大约在表面下60~200μm处。一般在理想条件下该应用中轴承服役至疲劳寿命极限而失效时,黑色浸蚀区深度应大约在200~300μm处。即该轴承在达到理论寿命前,在较浅的深度下提前出现了明显的黑色浸蚀区,说明该黑色浸蚀区是表面疲劳剥落留下的粗糙表面产生的大于正常水平的应力所引起的,亦即先产生表面起源型疲劳,然后产生了次表面起源型疲劳。黑色浸蚀区见图13。

为查找润滑失效的原因,下面用Karl Fischer库仑滴定仪对轴承内部的两列润滑脂做微量含水量检测,结果表明内侧的含水量高于外侧,且内外侧都高于新油脂标准。结果见表2。

复查该批油脂的生产质量记录,油脂含水量均符合标准。考虑到该油脂的含水量在无外部污染或高温影响时非常稳定,因此该轴承出厂时含水量超差的概率非常低,相对来说,更可能是在路试中由于盐雾喷淋试验所导致的外部进水。

基于此推测,下面再对轴承密封系统做目视检验。该轴承发现该轴承内侧列密封圈轴向唇口密封唇口接触痕迹均匀而抛油环的接触痕迹不均匀。在抛油环整个周向上只有约3/2的区域有明显的接触痕迹,这代表另外1/3的区域可能发生密封失效。外侧密封系统情况正常。内侧抛油环密封唇接触痕迹见图14。

由于抛油环是紧配合在内圈上的,内圈又是动圈,因此内侧抛油环接触痕迹不均匀表明是内侧抛油环本身有变形或位置不正,而尺寸检测证实内侧抛油环未发生塑性变形,因此变形导致配合不良的可能可以排除。鉴于轴承出厂检验时抛油环和密封圈的位置都会有100%的全检,而整车厂在装配角总成后并无相应质检要求,极有可能该缺陷是由于整车厂装配不当导致的。

综合以上情况可以推断,该轴承失效的具体过程是在整车厂装配时由于操作不当导致内侧抛油环相对内侧密封产生微小角度的偏转,使其与密封唇口的接触面不再完全充分地贴合,在后续的耐久力和盐雾喷淋交替试验中,盐雾和砂砾等其他外部污染物通过内侧密封系统的薄弱区域渗透进入轴承内侧列,破坏润滑油膜,在滚道表面形成碾压凹痕,并扩展成表面起源型疲劳剥落,而表面起源型疲劳剥落留下的极粗糙的表面形貌进一步使剥落区域下的次表面受到了大于正常水平的应力,并最终造成次表面起源型疲劳,形成表面起源型疲劳和次表面起源型疲劳同时出现的最终后果。

为验证以上机理分析结果,检查路试车另一侧角总成上的同款同批次同工况轮毂轴承,发现另一侧的轴承的所有滚动接触表面皆状态良好,内部油脂含水量无异常。据此可排除轴承失效是由于次表面提前达到疲劳极限所引起的可能性。

3 结语

该案例说明汽车轮毂轴承在以受外部污染为主要负面影响因素的条件下,会首先引起表面起源型疲劳剥落,并在之后进一步激发次表面起源型疲劳剥落。

参考文献

[1]滚动轴承损伤和失效术语、特征及原因:GB/T 24611-2009[S].

[2]SWAHN H,BECKER P C,VINGSBO O.Martensite Decay During Rolling Contact Fatigue in Ball Bearings[J].Metallurgical and Materials Transactions A,1976,7(8):1099-1110.

探讨瓦楞纸板的破坏模式和破损机理 篇4

瓦楞纸板作为一种各向异性的夹层板材,具有一定的防振抗冲击性能。一般,包装产品在流通过程中受到的振动冲击次数会达到几万次甚至更多,瓦楞纸板作为保护产品的缓冲材料,也会随之发生压缩、复原现象,即疲劳效应。在这种情况下,瓦楞纸板的缓冲性能也会发生相应的变化,当瓦楞纸板的承载能力达到极限值时,瓦楞纸板的力学性能将会大大减弱,甚至失去保护性能。因此,确定瓦楞纸板是否达到了其承载能力的极限值,以及分析瓦楞纸板的破坏模式和破损机理具有很重要的现实意义。

本文将对双瓦五层、三瓦七层瓦楞纸板进行静态压缩试验,通过相关试验,分析和探讨瓦楞纸板的破坏模式和破损机理。

静态压缩试验

以双瓦五层、三瓦七层瓦楞纸板为试验对象,静态压缩试验步骤如下。

(1)参考GB/T 450-2002《纸和纸板试样的采取》进行取样,试样尺寸为100mm×100mm。

(2)按照GB/T 10739-2002《纸、纸板和纸浆试样处理和试验的标准大气条件》的要求对试样进行温湿度预处理,温湿度条件为:温度为23℃、相对湿度为60%。

(3)采用HT-2402电脑伺服控制材料试验机进行试验,记录试验数据,绘制应力-应变曲线(如图1所示)。

破坏模式分析

瓦楞纸板由面纸、芯纸、里纸黏合而成,当其受到纵向载荷时,纸板内部将发生一定的中面内力。如果这个中面内力在各个部位、各个方向受到的不是压力(是拉力或等于零),则瓦楞纸板的平面平衡状态是稳定的。但如果纵向载荷所引起的中面内力在某些部位、某些方向受到的是压力,则当纵向载荷超过某一数值(即临界载荷)时,瓦楞纸板的平面平衡状态将变得不稳定,其会因干扰力而弯曲。即使干扰力被除去,瓦楞纸板也不会再恢复到原来的平面平衡状态,而是进入某一个弯曲的平衡状态,这种现象称为“屈曲”。常见的屈曲模式主要有以下3种(如图2所示)。

(1)总体屈曲,即欧拉届曲类型的夹层板总体屈曲。

(2)剪切皱折,即由于芯层剪切刚度不够引起的夹层结构剪切总体屈曲。

(3)面纸皱曲,即在瓦楞纸板受压时,面纸在芯纸弹性的支持下向内或向外产生局部屈曲,其主要取决于芯纸的刚度和强度,以及面纸的黏结强度,同时也取决于纸板的生产缺陷。

瓦楞纸板在未受外力作用的情况下,其破坏模式主要有以下4种。

(1)瓦楞纸板受拉而使得面层屈服或断裂。

(2)瓦楞纸板表层牛皮面纸起皱,致使瓦楞纸板局部屈曲。

(3)受压过程中,瓦楞芯纸以剪切的方式被破坏。

(4)瓦楞纸板面纸与芯纸黏结失效,这主要是因为生产过程中涂胶不均,致使面纸与芯纸之间的黏结力下降,也可能是因为树脂黏合剂发生脆性断裂,造成黏结失效。

实际上,瓦楞纸板的破坏模式通常是上述多种破坏模式共同作用的结果,只是在某些情况下,某一破坏模式占了优势。

通过瓦楞纸板的静态压缩试验可知,瓦楞纸板在受垂直面板的载荷条件下,芯纸会发生剪切皱折,从而导致瓦楞纸板总体屈曲。

破损机理探讨

通过单瓦三层瓦楞纸板应力-应变曲线(如图3所示)对瓦楞纸板的破损机理进行探讨。由图3可以看出,单瓦三层瓦楞纸板应力-应变曲线分为以下4个阶段。

(1)线弹性阶段(AB段):压缩开始,应力随应变呈快速线性增加变化,直至达到屈服应力。

(2)屈服阶段(BC段):由于瓦楞芯纸及结构的特性,瓦楞纸板开始逐步屈服,当进入屈服阶段时,应力逐步下降,在此阶段瓦楞芯纸的结构开始被破坏。

(3)塑性变形阶段(CD段):此阶段应力随应变的增加基本保持不变,而瓦楞芯纸的结构则完全被破坏。

(4)密实化阶段(DE段):在此阶段瓦楞纸板完全被压实,而失去缓冲性能,应力随应变的增加而急剧增加。

结合图1可知,瓦楞纸板压缩破坏过程的一般规律是:当应力较小时,呈线弹性变化;随着应力的增加,进入波动阶段,峰值与峰谷的数量与瓦楞的层数呈一一对应关系,这表明多层瓦楞纸板具有多层失稳性,即压塌现象并不是在瓦楞纸板各层中同时发生,而是分层破坏的,通过试验观察我们发现,下层瓦楞或楞高较大的层最先被破坏;随着应力的继续增加,瓦楞纸板出现屈服;当应力达到一定值时,芯纸的结构全部被破坏,随后应力快速上升。

从瓦楞纸板的压缩破坏过程可以看出,瓦楞纸板的缓冲性能主要体现在屈服阶段和塑性变形阶段,也就是芯纸的结构被压缩破坏的阶段,在这个过程中,瓦楞纸板将吸收大量的能量,使被包装物得到缓冲。

图1 多层瓦楞纸板应力-应变曲线

图2 常见瓦楞纸板屈曲模式

图3 单瓦三层瓦楞纸板应力-应变曲线

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