一、失(shi)效(xiao)分析的定義(yi) 


  對裝備(bei)及(ji)其構件在使用(yong)過(guo)程(cheng)中發生各(ge)種形式(shi)失(shi)效(xiao)現象(xiang)的(de)(de)特征(zheng)及(ji)規(gui)律進行(xing)分析研究，從中找(zhao)出(chu)產生失(shi)效(xiao)的(de)(de)主要原因(yin)及(ji)防止失(shi)效(xiao)的(de)(de)措施(shi)，稱為失(shi)效(xiao)分析。 失(shi)效(xiao)分類 材料在各(ge)種工程(cheng)應用(yong)中的(de)(de)失(shi)效(xiao)模式(shi)主要由斷裂、腐蝕、磨損和變形等，其中斷裂失(shi)效(xiao)的(de)(de)危害性(xing)最(zui)大。


 1. 彈性變形失(shi)效 


  當應力或溫度(du)引起材料可(ke)恢(hui)復的彈性變(bian)形大(da)到足以影(ying)響(xiang)裝備正常發(fa)揮預定的功能時，就出(chu)現彈性變(bian)形失效。 


 2. 塑性變形失效 

 

  當受載荷的材料(liao)產(chan)生不可(ke)恢(hui)復(fu)的塑性變(bian)形大到(dao)足以影響裝備(bei)正常發揮預定的功能(neng)時，就出現塑性變(bian)形失效。


 3. 韌(ren)性斷裂(lie)失效 


  材料在斷裂之前產生顯著的宏觀塑性變形的斷裂稱(cheng)為韌性斷裂失效。 


 4. 脆性斷(duan)裂失(shi)效 


  材料在(zai)斷裂(lie)之前沒有發生或(huo)很(hen)少發生宏觀(guan)可見的塑(su)性(xing)變形的斷裂(lie)稱為(wei)脆性(xing)斷裂(lie)失效。 


 5. 疲(pi)勞斷裂失效 


  材料在交(jiao)變載荷作用(yong)下(xia)，經過一定的周期后所發生的斷(duan)裂(lie)稱為疲勞(lao)斷(duan)裂(lie)失效。 


 6. 腐蝕失效 


  腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是材(cai)料(liao)(liao)表面與服(fu)役(yi)環境發生(sheng)物理(li)或化學的(de)(de)(de)反(fan)應，使(shi)材(cai)料(liao)(liao)發生(sheng)損(sun)壞或變質(zhi)的(de)(de)(de)現(xian)象，材(cai)料(liao)(liao)發生(sheng)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)使(shi)其不(bu)能(neng)發揮正常的(de)(de)(de)功能(neng)則稱為(wei)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)有多種形式，有均(jun)勻遍及(ji)材(cai)料(liao)(liao)表面的(de)(de)(de)均(jun)勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和只在局(ju)部地方(fang)出現(xian)的(de)(de)(de)局(ju)部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，局(ju)部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)又分為(wei)點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂、腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)疲勞等(deng)。 


 7. 磨損失效 


  當(dang)材料表現相互接(jie)觸(chu)或材料表面(mian)與(yu)流體接(jie)觸(chu)并作相對運(yun)動時，由于(yu)物理和化學的(de)作用(yong)，材料表面(mian)的(de)形狀、尺寸或質(zhi)量發生變化的(de)過程，稱(cheng)為(wei)(wei)磨(mo)損(sun)(sun)。由磨(mo)損(sun)(sun)而導致(zhi)構件功能喪失，稱(cheng)為(wei)(wei)磨(mo)損(sun)(sun)失效。磨(mo)損(sun)(sun)有多種形式，其中常見粘著磨(mo)損(sun)(sun)、磨(mo)料磨(mo)損(sun)(sun)、沖擊磨(mo)損(sun)(sun)、微動磨(mo)損(sun)(sun)、腐蝕磨(mo)損(sun)(sun)、疲勞磨(mo)損(sun)(sun)等(deng)。 



二、失效(xiao)原因分(fen)析 


 1. 設(she)計(ji)不合理 


  其(qi)中(zhong)結構(gou)或形狀(zhuang)不(bu)合(he)(he)理，材料存(cun)在(zai)(zai)缺口、小圓弧轉角、不(bu)同形狀(zhuang)過(guo)渡區等高應(ying)力(li)(li)區，未能恰當設(she)計(ji)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)失效(xiao)比較常見。總(zong)之，設(she)計(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)載(zai)荷、應(ying)力(li)(li)集中(zhong)、結構(gou)選(xuan)擇不(bu)當、安全系數過(guo)小(追求輕巧和(he)高速度)及(ji)配合(he)(he)不(bu)合(he)(he)適等都會(hui)導致構(gou)件(jian)及(ji)裝備失效(xiao)。構(gou)件(jian)及(ji)裝備的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)要(yao)有足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度、剛度、穩定性，結構(gou)設(she)計(ji)要(yao)合(he)(he)理。 分(fen)(fen)析設(she)計(ji)原因引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)失效(xiao)尤其(qi)要(yao)注(zhu)意：對復雜構(gou)件(jian)未作(zuo)(zuo)可(ke)(ke)靠的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li)計(ji)算；或對構(gou)件(jian)在(zai)(zai)服役中(zhong)所承受的(de)(de)(de)(de)(de)非正常工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)載(zai)荷的(de)(de)(de)(de)(de)類型及(ji)大小未作(zuo)(zuo)考慮；甚(shen)至于對工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)載(zai)荷確(que)定和(he)應(ying)力(li)(li)分(fen)(fen)析準確(que)的(de)(de)(de)(de)(de)構(gou)件(jian)來說(shuo)，如(ru)果只考慮拉(la)伸強(qiang)(qiang)度和(he)屈服強(qiang)(qiang)度數據的(de)(de)(de)(de)(de)靜載(zai)荷能力(li)(li)，而忽視(shi)了脆性斷裂(lie)、低(di)循(xun)環(huan)疲勞、應(ying)力(li)(li)腐蝕及(ji)腐蝕疲勞等機理可(ke)(ke)能引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)失效(xiao)，都會(hui)在(zai)(zai)設(she)計(ji)上造成嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)錯誤。 


 2. 選材(cai)不當及(ji)材(cai)料缺陷 


  金屬裝(zhuang)備及構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)材(cai)料(liao)選(xuan)(xuan)擇(ze)要(yao)遵循使(shi)用(yong)性(xing)(xing)原(yuan)則(ze)(ze)(ze)、加(jia)(jia)工工藝(yi)(yi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)原(yuan)則(ze)(ze)(ze)及經濟性(xing)(xing)原(yuan)則(ze)(ze)(ze)，首先要(yao)考(kao)慮(lv)遵循使(shi)用(yong)性(xing)(xing)原(yuan)則(ze)(ze)(ze)。使(shi)在(zai)(zai)特定(ding)環境中的(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)，對(dui)可(ke)預見的(de)(de)失(shi)效形(xing)(xing)式要(yao)為(wei)其(qi)選(xuan)(xuan)擇(ze)足夠(gou)的(de)(de)抵抗失(shi)效的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)。如對(dui)韌性(xing)(xing)材(cai)料(liao)可(ke)能(neng)(neng)產生的(de)(de)屈服變形(xing)(xing)或斷(duan)裂(lie)，應該選(xuan)(xuan)擇(ze)足夠(gou)的(de)(de)拉伸強度(du)和屈服強度(du)；但對(dui)可(ke)能(neng)(neng)產生的(de)(de)脆性(xing)(xing)斷(duan)裂(lie)、疲勞及應力(li)腐蝕開裂(lie)的(de)(de)環境條(tiao)件(jian)，高(gao)強度(du)的(de)(de)材(cai)料(liao)往(wang)往(wang)適(shi)得其(qi)反。在(zai)(zai)符合使(shi)用(yong)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)原(yuan)則(ze)(ze)(ze)下(xia)選(xuan)(xuan)取(qu)的(de)(de)結構(gou)(gou)材(cai)料(liao)，對(dui)構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)成形(xing)(xing)要(yao)有好的(de)(de)加(jia)(jia)工工藝(yi)(yi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。在(zai)(zai)保證構(gou)(gou)件(jian)使(shi)用(yong)性(xing)(xing)能(neng)(neng)、加(jia)(jia)工工藝(yi)(yi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)要(yao)求(qiu)的(de)(de)前題下(xia)，經濟性(xing)(xing)也是必須考(kao)慮(lv)。


 3. 制造工藝不合理 


  金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)及其構件(jian)往往要(yao)經過機加(jia)工(gong)（車、銑、刨(bao)、磨、鉆等(deng)(deng)）、熱冷變形（沖、壓(ya)、卷、彎(wan)等(deng)(deng)）、焊(han)(han)接、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)配等(deng)(deng)制造工(gong)藝過程(cheng)。若工(gong)藝規(gui)范制訂不(bu)(bu)合理(li)，則金屬設備(bei)或構件(jian)在這些(xie)加(jia)工(gong)成(cheng)形過程(cheng)中(zhong)，往往會(hui)留下各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)。如(ru)(ru)機加(jia)工(gong)常出現的(de)(de)(de)圓角(jiao)過小、倒(dao)角(jiao)尖銳(rui)、裂紋、劃痕；冷熱成(cheng)形的(de)(de)(de)表(biao)面凹凸(tu)不(bu)(bu)平、不(bu)(bu)直度(du)、不(bu)(bu)圓度(du)和(he)裂紋；在焊(han)(han)接時(shi)可能產(chan)生的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫表(biao)面缺(que)陷(xian)(咬邊、焊(han)(han)縫凹陷(xian)、焊(han)(han)縫過高)、焊(han)(han)接裂紋、焊(han)(han)縫內部缺(que)陷(xian)(未(wei)焊(han)(han)透、氣孔、夾渣)，焊(han)(han)接的(de)(de)(de)熱影響區(qu)更因(yin)在焊(han)(han)接過程(cheng)經受的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)不(bu)(bu)同，使其發(fa)生組織(zhi)轉變不(bu)(bu)同，有可能產(chan)生組織(zhi)脆化和(he)裂紋等(deng)(deng)缺(que)陷(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)錯位、不(bu)(bu)同心度(du)、不(bu)(bu)對中(zhong)及強(qiang)行組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)留下較大(da)的(de)(de)(de)內應力等(deng)(deng)。所有這些(xie)缺(que)陷(xian)如(ru)(ru)超過限度(du)則會(hui)導致(zhi)構件(jian)以及裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)早期失(shi)效(xiao)。 使用操作(zuo)(zuo)不(bu)(bu)當(dang)和(he)維修(xiu)不(bu)(bu)當(dang) 使用操作(zuo)(zuo)不(bu)(bu)當(dang)時(shi)金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)失(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)原因(yin)之一，如(ru)(ru)違章(zhang)操作(zuo)(zuo)，超載、超溫(wen)(wen)、超速；缺(que)乏經驗、判斷錯誤；無知和(he)訓練(lian)不(bu)(bu)夠；主觀臆測、責(ze)任心不(bu)(bu)強(qiang)、粗(cu)心大(da)意等(deng)(deng)都是不(bu)(bu)安全(quan)的(de)(de)(de)行為。某時(shi)期統計(ji)260 次壓(ya)力容器和(he)鍋(guo)爐事故(gu)中(zhong)，操作(zuo)(zuo)事故(gu)194 次，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)是要(yao)進行定(ding)期維修(xiu)和(he)保(bao)養的(de)(de)(de)，如(ru)(ru)對裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)的(de)(de)(de)檢查、檢修(xiu)和(he)更換不(bu)(bu)及時(shi)或沒(mei)有采取適當(dang)的(de)(de)(de)修(xiu)理(li)、防護(hu)措施，也(ye)會(hui)引(yin)起裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)早期失(shi)效(xiao)。