一、失(shi)效分析的(de)定義 


  對裝備(bei)及其(qi)構件在(zai)使用(yong)(yong)過程中發生各種形式(shi)失(shi)(shi)效現象的特征及規律進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)研究，從中找出產生失(shi)(shi)效的主(zhu)要原因及防止失(shi)(shi)效的措施，稱(cheng)為失(shi)(shi)效分(fen)析(xi)。 失(shi)(shi)效分(fen)類 材料在(zai)各種工程應用(yong)(yong)中的失(shi)(shi)效模式(shi)主(zhu)要由(you)斷(duan)裂、腐蝕、磨損和變形等，其(qi)中斷(duan)裂失(shi)(shi)效的危(wei)害性(xing)最大。


 1. 彈性變形失效 


  當應力或溫度引起(qi)材料可恢復的(de)(de)彈(dan)性變形大到足以影響(xiang)裝備正常發揮預定的(de)(de)功能時，就(jiu)出現彈(dan)性變形失效。 


 2. 塑(su)性(xing)變形失效(xiao) 

 

  當(dang)受載荷的(de)(de)材料產生不可恢復(fu)的(de)(de)塑性變形(xing)大到足以影響(xiang)裝備(bei)正常發揮預定的(de)(de)功能時，就出現塑性變形(xing)失效(xiao)。


 3. 韌性斷裂失效 


  材(cai)料在(zai)斷(duan)裂之前產(chan)生顯著的(de)宏觀塑(su)性(xing)變形的(de)斷(duan)裂稱為韌性(xing)斷(duan)裂失效。 


 4. 脆性斷裂(lie)失效 


  材(cai)料在斷(duan)裂(lie)之前沒有(you)發生(sheng)或很少發生(sheng)宏(hong)觀可見的塑性變形的斷(duan)裂(lie)稱為脆(cui)性斷(duan)裂(lie)失(shi)效。 


 5. 疲(pi)勞斷裂失效 


  材料在交變(bian)載荷作用下，經過(guo)一(yi)定的(de)周(zhou)期(qi)后所發生的(de)斷裂稱為疲勞斷裂失效。 


 6. 腐蝕失效 


  腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是材料(liao)表面與服役環境發(fa)生(sheng)物理或化(hua)學(xue)的(de)反應，使(shi)(shi)材料(liao)發(fa)生(sheng)損壞或變質的(de)現象，材料(liao)發(fa)生(sheng)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)使(shi)(shi)其(qi)不能(neng)發(fa)揮正常的(de)功能(neng)則稱為(wei)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)有多種形式，有均勻遍及(ji)材料(liao)表面的(de)均勻腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和只在局部(bu)(bu)地(di)方出(chu)現的(de)局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，局部(bu)(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)又分(fen)為(wei)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、應力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開(kai)裂、腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)疲勞等。 


 7. 磨(mo)損(sun)失(shi)效 


  當材(cai)料(liao)(liao)表(biao)現相互接觸(chu)或(huo)材(cai)料(liao)(liao)表(biao)面與流體接觸(chu)并作(zuo)相對運動(dong)時，由(you)于物理(li)和化學的作(zuo)用(yong)，材(cai)料(liao)(liao)表(biao)面的形狀、尺(chi)寸或(huo)質量發生變化的過程，稱(cheng)為磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)。由(you)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)而導致構件功能喪(sang)失，稱(cheng)為磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)失效。磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)有多種(zhong)形式，其中常見粘著(zhu)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、磨(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、沖擊磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、微動(dong)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、腐蝕磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、疲勞磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)等。 



二、失效(xiao)原因分(fen)析(xi) 


 1. 設計不合理(li) 


  其(qi)中(zhong)(zhong)結構(gou)(gou)或形狀(zhuang)不合理(li)，材料(liao)存在缺口、小(xiao)圓弧轉(zhuan)角、不同(tong)形狀(zhuang)過渡區等(deng)高應(ying)(ying)力區，未(wei)(wei)能(neng)恰(qia)當設(she)計(ji)(ji)引起(qi)的(de)失(shi)效(xiao)比(bi)較(jiao)常見。總之，設(she)計(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的(de)過載(zai)(zai)荷(he)、應(ying)(ying)力集中(zhong)(zhong)、結構(gou)(gou)選擇不當、安全系數(shu)過小(xiao)(追求(qiu)輕巧和高速度(du))及(ji)(ji)配合不合適(shi)等(deng)都(dou)會導致構(gou)(gou)件(jian)及(ji)(ji)裝備失(shi)效(xiao)。構(gou)(gou)件(jian)及(ji)(ji)裝備的(de)設(she)計(ji)(ji)要有足夠的(de)強度(du)、剛度(du)、穩定(ding)性，結構(gou)(gou)設(she)計(ji)(ji)要合理(li)。 分(fen)(fen)析(xi)設(she)計(ji)(ji)原因引起(qi)的(de)失(shi)效(xiao)尤(you)其(qi)要注意(yi)：對(dui)復(fu)雜(za)構(gou)(gou)件(jian)未(wei)(wei)作可(ke)靠的(de)應(ying)(ying)力計(ji)(ji)算；或對(dui)構(gou)(gou)件(jian)在服役中(zhong)(zhong)所承(cheng)受(shou)的(de)非正常工作載(zai)(zai)荷(he)的(de)類(lei)型及(ji)(ji)大小(xiao)未(wei)(wei)作考(kao)慮(lv)；甚(shen)至于對(dui)工作載(zai)(zai)荷(he)確定(ding)和應(ying)(ying)力分(fen)(fen)析(xi)準確的(de)構(gou)(gou)件(jian)來說，如(ru)果(guo)只考(kao)慮(lv)拉(la)伸(shen)強度(du)和屈服強度(du)數(shu)據的(de)靜載(zai)(zai)荷(he)能(neng)力，而忽視了脆性斷裂、低循環疲(pi)勞、應(ying)(ying)力腐蝕及(ji)(ji)腐蝕疲(pi)勞等(deng)機理(li)可(ke)能(neng)引起(qi)的(de)失(shi)效(xiao)，都(dou)會在設(she)計(ji)(ji)上(shang)造成嚴重的(de)錯誤。 


 2. 選材(cai)不當及材(cai)料缺(que)陷 


  金(jin)屬裝備及構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)材(cai)(cai)料選(xuan)擇(ze)(ze)要(yao)(yao)遵(zun)循(xun)使(shi)用(yong)性(xing)原則(ze)、加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝性(xing)能(neng)原則(ze)及經濟(ji)性(xing)原則(ze)，首(shou)先要(yao)(yao)考慮遵(zun)循(xun)使(shi)用(yong)性(xing)原則(ze)。使(shi)在特定環境中的(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)，對(dui)(dui)可預見(jian)的(de)(de)失效(xiao)形式要(yao)(yao)為其選(xuan)擇(ze)(ze)足夠的(de)(de)抵抗失效(xiao)的(de)(de)能(neng)力。如對(dui)(dui)韌性(xing)材(cai)(cai)料可能(neng)產生(sheng)的(de)(de)屈(qu)服變形或斷(duan)裂，應該選(xuan)擇(ze)(ze)足夠的(de)(de)拉伸強度和屈(qu)服強度；但對(dui)(dui)可能(neng)產生(sheng)的(de)(de)脆性(xing)斷(duan)裂、疲勞(lao)及應力腐(fu)蝕開裂的(de)(de)環境條件(jian)，高強度的(de)(de)材(cai)(cai)料往(wang)往(wang)適得其反。在符(fu)合使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)的(de)(de)原則(ze)下選(xuan)取的(de)(de)結構(gou)(gou)材(cai)(cai)料，對(dui)(dui)構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)成(cheng)形要(yao)(yao)有好的(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝性(xing)能(neng)。在保證構(gou)(gou)件(jian)使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)、加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝性(xing)能(neng)要(yao)(yao)求的(de)(de)前題下，經濟(ji)性(xing)也(ye)是必須考慮。


 3. 制造工藝不合理 


  金(jin)(jin)屬裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)及(ji)其構件(jian)往往要經過(guo)機加(jia)(jia)工(gong)（車(che)、銑、刨(bao)、磨、鉆(zhan)等）、熱冷變形(xing)(xing)(xing)（沖(chong)、壓、卷、彎等）、焊(han)(han)(han)接(jie)、裝(zhuang)(zhuang)配等制(zhi)造工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)。若工(gong)藝(yi)規范(fan)制(zhi)訂不(bu)(bu)(bu)合理(li)，則金(jin)(jin)屬設備(bei)(bei)(bei)或(huo)構件(jian)在(zai)這些加(jia)(jia)工(gong)成形(xing)(xing)(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，往往會(hui)(hui)留下各種(zhong)各樣的(de)(de)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。如機加(jia)(jia)工(gong)常出現(xian)的(de)(de)圓(yuan)角(jiao)過(guo)小、倒角(jiao)尖(jian)銳、裂(lie)(lie)紋(wen)、劃痕(hen)；冷熱成形(xing)(xing)(xing)的(de)(de)表(biao)面(mian)凹凸(tu)不(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)直度、不(bu)(bu)(bu)圓(yuan)度和(he)裂(lie)(lie)紋(wen)；在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)時可能產生(sheng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)縫表(biao)面(mian)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(咬(yao)邊、焊(han)(han)(han)縫凹陷(xian)(xian)(xian)、焊(han)(han)(han)縫過(guo)高)、焊(han)(han)(han)接(jie)裂(lie)(lie)紋(wen)、焊(han)(han)(han)縫內部缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(未焊(han)(han)(han)透、氣孔、夾渣)，焊(han)(han)(han)接(jie)的(de)(de)熱影響(xiang)區(qu)更(geng)因在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)過(guo)程(cheng)經受的(de)(de)溫(wen)度不(bu)(bu)(bu)同，使其發生(sheng)組織(zhi)轉變不(bu)(bu)(bu)同，有可能產生(sheng)組織(zhi)脆化和(he)裂(lie)(lie)紋(wen)等缺(que)陷(xian)(xian)(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)錯(cuo)位、不(bu)(bu)(bu)同心度、不(bu)(bu)(bu)對中(zhong)(zhong)及(ji)強行(xing)組裝(zhuang)(zhuang)留下較大的(de)(de)內應力等。所有這些缺(que)陷(xian)(xian)(xian)如超過(guo)限度則會(hui)(hui)導致(zhi)構件(jian)以(yi)及(ji)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早期失(shi)效(xiao)(xiao)。 使用(yong)操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當(dang)和(he)維修不(bu)(bu)(bu)當(dang) 使用(yong)操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當(dang)時金(jin)(jin)屬裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)失(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)重要原因之一，如違章操作(zuo)，超載、超溫(wen)、超速(su)；缺(que)乏(fa)經驗、判斷錯(cuo)誤；無知(zhi)和(he)訓練不(bu)(bu)(bu)夠；主觀臆測(ce)、責(ze)任心不(bu)(bu)(bu)強、粗(cu)心大意等都(dou)是不(bu)(bu)(bu)安全的(de)(de)行(xing)為。某時期統計260 次壓力容器和(he)鍋(guo)爐事故中(zhong)(zhong)，操作(zuo)事故194 次，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)是要進(jin)行(xing)定期維修和(he)保(bao)養的(de)(de)，如對裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)檢查、檢修和(he)更(geng)換不(bu)(bu)(bu)及(ji)時或(huo)沒有采取(qu)適當(dang)的(de)(de)修理(li)、防護(hu)措(cuo)施，也會(hui)(hui)引(yin)起(qi)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早期失(shi)效(xiao)(xiao)。