（1）疲劳断裂及其过程。计算带缺陷零件的剩余自然寿命一般采用断裂力学理论，通过建立裂纹扩展速率与断裂力学参量之间的关系来进行计算。断裂力学理论认为，零件的缺陷在循环载荷作用下会逐步扩大，当缺陷扩大到临界尺寸后将发生断裂破坏。这个过程被称为疲劳断裂过程。

　　疲劳断裂过程大致可分为四个阶段，即成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展及断裂。

　　（2）帕利斯定理及损伤零件疲劳寿命的估算。损伤零件疲劳寿命的估算主要应用帕利斯（paris）定理。

　　帕利斯（paris）定理主要内容是：对裂纹扩展规律的研究，断裂力学从研究裂纹尖端附近的应力场和应变场出发，导出裂纹体在受载条件下裂纹尖端附近应力场和应变场的特征量来进行。这个特征量用应力强度因子k表示。k值的变化幅度也是控制裂纹扩展速度da／dn的主要参量。在考虑材料性能参量对裂纹扩展速度的影响后，帕利斯提出了以下裂纹扩展速度的半经验公式：

　　（3）影响裂纹扩展的因素。应力强度因子幅度ak是影响裂纹扩展的主要参数。除此之外，还有很多因素对裂纹的疲劳扩展有影响，如应力循环特征、加载频率、温度等。应力循环特征对裂纹扩展速度影响较大；加载频率的影响，一般在△k值较低时，加载频率对裂纹的疲劳扩展速度影响很小。但当△k值较高时，加载频率影响增大。裂纹扩展速度与加载频率成反比关系，加载频率降低，裂纹扩展速度增大；温度的影响，对深埋裂纹，当温度低于蠕变温度时，温度对裂纹扩展速度无明显影响；但对表面裂纹，高温对裂纹扩展速度影响较大，温度越高裂纹扩展速度越快。

　　九、设备故障诊断技术

　　（一）考试目的

　　通过对本部分内容的考核，测试考生对状态监测、故障诊断技术基础知识及常用仪器设备的掌握程度。

　　（二）考试基本要求，

　　1.掌握以下内容。

　　（1）描述故障的特征参量；

　　（2）故障诊断技术的概念及实施过程；

　　（3）压电加速度传感器、磁电速度传感器、涡流位移传感器的结构、特点及应用；

　　（4）常用噪声测量传感器（电容传声器、压电传声器）的构成及特点，声级汁的种类、组成、作用及校准；

　　（5）常用测温仪器、仪表（热电偶、热电阻温度计、红外测温仪、红外热像仪）的组成、特点及应用；

　　（6）常用的裂纹无损探测方法，如目视——光学探测法、渗透探测法、磁粉探测法、射线探测法、超声波探测法、声发射探测法、涡流探测法等的优、缺点及适用范围；

　　（7）常用的磨损油污染监测方法及各监测方法的适用范嗣。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）引起故障的原因；

　　（2）设备故障诊断技术的内容和分类；

　　（3）数字式频谱分析仪的组成，频谱分析的作用；

　　（4）振动及噪声的测量方法；

　　（5）通过温度测量所能发现的故障。

　　3.了解以下内容

　　（1）设备故障的定义和分类；

　　（2）状态监测与故障诊断的关系；

　　（3）振动的分类、振动的基本参数；

　　（4）描述噪声的物理量及主观量度。

　　（三）要点内容

　　1.设备故障的定义和分类

　　设备在工作过程中，因某种原因丧失规定功能的现象称为故障。

　　按故障发生、发展的进程可将故障分为突发性故障和渐发性故障。突发性故障在发生之前无明显的可察征兆，而是突然发生的，且具有较大的破坏性。设备的重要部位进行连续监测。为了避免突发性故障，需要对渐发性故障是由于设备中某些零件的技术指标逐渐恶化，最终超出允许范围（或极限）而引发的故障。这类故障的发生与产品材料的磨损、腐蚀、疲劳等密切相关，其特点是：

　　（1）故障发生的时间一般在元器件有效寿命的后期。

　　（2）有规律性，可预防。

　　（3）故障发生的概率与设备运转的时间有关。设备使用的时间越长，发生故障的概率越大，损坏的程度也越大。

　　按故障的性质可将故障分为自然故障和人为故障。自然故障分正常自然故障和异常自然故障。正常自然故障一般具有规律性，如设备正常工作磨损引起的故障即属这类故障，这类故障会对设备的自然寿命产生影响。异常自然故障是因设计和制造不恰当造成设备中存在某些薄弱环节而引发的故障，这类故障带有偶然性，有时又具有突发性。人为故障是指设备运行中操作使用不当或意外情况造成的故障。

　　2.引起故障的原因

　　环境因素、人为因素和时间因素都是引起设备故障的外因。环境因素包括力、能、温度、湿度、振动、污染物等外界因素，这些因素将以各种能量形式对设备产生作用，使机件发生磨损、变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤，最终导致故障的发生。人为因素包括设计不良、质量偏差、使用不当。可见，设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终都包含着人为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因于人为因素。时间是形成故障的主要外因之一。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障的其他外因，如果没有时间的延续故障也不一定发生。诸如施加应力的先后顺序、单位时间内应力循环的次数、疲劳裂纹扩展的速度以及负荷时间与无负荷时间的比例都是故障诱因的时间因素。常见的磨损、变形、裂纹、腐蚀等故障机理都与时间有密切关系。

　　3.描述故障的特征参量

　　可以用直接特征参量或间接特征参量来描述故障。直接特征参量包括设备或部件的输出参数、设备零部件的损伤量，以设备或部件输出参数作为故障特征参量一般难以发现早期故障。另外，这类故障特征参量只能用以判断设备工作能力的强弱，只表明有无故障，而无法判断故障部位、故障形式及故障原因：引起设备故障的各种损伤量，如变形量、磨损量、裂纹大小、锈蚀程度等都是判断设备技术状态的特征参量。这类特征参量都是引起故障的直接原因，它们不仅可以表示故障的存在、原因、部位，而且其数量值可以表示故障的严重程度及发展趋势。用设备零部件的损伤量判断设备故障，通常是在故障诊断的第二阶段进行，即在检测了设备输出参数或其他故障信息以后，认为有必要进一步查明设备工作能力降低或故障发生的直接原因时，才进行损伤量的测量。间接特征参量即二次效应参数，主要有设备在运转过程中产生的振动、声音、温度、电量等等。作为故障信号的二次效应参数比较多，而且对于不同的故障和频率范围，二次效应参数与故障判断之间的灵敏度和有效性也不完全相同。因而在故障诊断中，就存在一个合理选择特征参量的问题。用间接特征参量进行故障诊断的主要优点是可以在设备运行中以及不做任何拆卸的条件下进行诊断。其缺点是间接特征参量与故障间常存在某种随机性。

　　4.设备故障诊断技术的概念及实施过程

　　设备故障诊断技术是指测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，对所测信号进行处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及其零、部件的实时技术状态，预知有关异常、故障和预测未来技术状态，从而确定必要对策的技术。

　　设备故障诊断技术的实施过程分为状态监测、分析诊断和治理预防三个阶段。

　　状态监测指通过传感器采集设备在运行中的各种信息，将其变为电信号，再将获取的信号输入到信号处理系统进行处理，以便得到能反映设备运行状态的参数。如何将征兆信号提取出来，获得诊断决策的可靠依据是信号处理系统完成的一项重要工作。

　　分析诊断包括状态识别和诊断决策，即根据状态监测得到的能反映设备运行状态的征兆（或特征参数）的变化情况，或将征兆（或特征参数）与某故障状态参数（模式）进行比较，来识别设备是否存在故障，判断故障的性质和程度及产生的原因、发生的部位，并预测设备的性能和故障发展趋势。治理预防是指根据分析诊断得出的结论来确定治理修正和预防的办法，包括调度、改变操作、更换、停机检修等。如果认定设备尚可继续运行一段时间，那么需对故障的发展情况作重点监视或巡回监视，以保证设备运行的可靠性。

　　5.状态监测与故障诊断的关系

　　关于状态监测与故障诊断的关系，简言之，状态监测是故障诊断的基础和前提，没有监测就谈不上诊断；故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理，诊断是目的。设备的状态监测与故障诊断既有联系又有区别，有时为了方便，统称为设备故障诊断。

　　6.设备故障诊断技术的分类

　　可以按不同的方法对故障诊断技术进行分类：

　　（1）按诊断目的、要求和条件的不同可以把故障诊断技术分为：

　　①功能诊断和运行诊断。功能诊断是指对新安装或刚维修设备及部件的运行工况和功能进行检测和判断，并根据检测与判断的结果对其进行调整。而运行诊断是指对正在运行中的设备或系统进行状态监测，以便对异常的发生和发展进行早期诊断。

　　②定期诊断和连续监测。定期诊断是指间隔一定时间对服役中的设备或系统进行一次常规的检查和诊断。而连续监测则是采用仪器仪表和计算机信号处理系统对设备或系统的运行状态进行连续监视和检测。

　　③直接诊断和间接诊断。直接诊断是指直接根据关键零部件的状态信息来确定其所处的状态的一种诊断。直接诊断迅速可靠，但往往受到机械结构和工作条件的限制而无法实现。间接诊断是指通过设备运行中的二次诊断信息来间接判断关键零部件的状态变化。在间接诊断中往往会出现伪警或漏检的情况。

　　④在线诊断和离线诊断。在线诊断是指对现场正在运行中的设备进行的自动实时诊断。而离线诊断则是通过磁带记录仪将现场测量的状态信号记录下来，带回实验室后再结合诊断对象的历史档案进行进一步的分析诊断，或通过网络进行的诊断。

　　⑤常规诊断和特殊诊断。常规诊断是指在设备正常服役条件下进行的诊断。信号在常规诊断中采集不到时，就要考虑采用特殊诊断。

　　⑥简易诊断和精密诊断。简易诊断一般由现场作业人员凭着听、摸、看、闻或借助便携式简单诊断仪器对设备进行人工监测、判断设备是否出现故障。精密诊断由精密诊断专家借助先进的传感器、精密诊断仪器和各种先进分析手段实施的诊断。通过检测、分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障的原因，了解故障的发展趋势。

　　（2）按诊断的物理参数对诊断技术进行分类，可将诊断技术分为振动诊断技术、声学诊断技术、温度诊断技术、污染诊断技术、无损诊断技术、压力诊断技术、强度诊断技术、电参数诊断技术、趋向诊断技术、综合诊断技术等。

　　（3）按诊断的直接对象对诊断技术进行分类，可将诊断技术分为机械零件诊断技术、液压系统诊断技术、旋转机械诊断技术、往复机械诊断技术、工程结构诊断技术、工艺流程诊断技术、生产系统诊断技术、电器设备诊断技术等。

　　7.振动的分类、振动的基本参数

　　振动分为确定性振动和随机振动，确定性振动又分为周期振动和非周期振动，周期振动又进一步分为简谐周期振动和复杂周期振动，非周期振动也进一步分为准周期振动和瞬态振动。

　　振动的基本参数包括振幅、频率和相位。振动完全可以通过这三个参数加以描述。