失效分析实验课中的思路培养

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1、失效分析实验课中的思路培养　　摘要：在以往的失效分析实验课程中，更多的是强调手段和方法的训练，而对从事失效分析工作的人员来说，失效分析思路的培养是重中之重。本项目试图通过在失效分析特色实验中引入失效分析思路培养训练，达到训练学生的失效分析思维的目的，为学生今后从事失效分析研究工作奠定基础。　　关键词：失效分析;高等教育;教改;实验　　中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）36-0272-03　　一、前言　　产品丧失规定的功能的现象称为失效。失效分析是判断失效模式、查找失效原因和机理，提出防止类似事故再次发生的技术活动和管理活动[1]。通过

2、失效分析可以减少和预防机械产品同类失效现象重复发生，从而减少经济损失和提高机械产品质量。失效分析可为技术开发、技术改造、技术进步提供信息、方向、途径和方法。失效过程往往是一个复杂的过程，需要有全过程的思维路线[2]。6　　失效分析技术是一门应用广泛的实用技术，往往需要失效分析人员具有丰富的失效分析经验。对于刚刚毕业走出校门的学生来说，遇到失效分析问题时往往不知从何入手，归其原因，是因为没有建立良好的失效分析思路和思维方式。以往的失效分析实验教学往往过度重视某一失效分析方法和手段的培养，如断口清洗方法或断口观察方法，而忽略了对失效分析思路的灌输和普及，造成了部分学生只重视一部分试

3、验结果，过度纠结于微观观察结果，而宏观全局的综合分析不够深入，从而导致错误的分析结果。　　失效分析人才的培养不仅是手段和方法的训练，更重要的是思维方式和思维方法的培养。本文力图通过在实验教学中引入思维方式方法的培养，改善教学效果，以使学生能更深入的理解失效分析的精髓，在走上工作岗位进行实际的失效分析工作时能够更快的上手，少走弯路。　　二、教改实施方案　　通过文献调研，结合失效分析实验课的教学条件，选择有代表性的案例，让学生通过小组讨论、与教师互动的形式自主确定实验方案，并通过动手实验检验思路的正确性，最终达到锻炼学生失效分析思维的目的。将思路分析和动手实验的有机结合，避免实验课

4、成为失效分析教学课程的翻版，应使学生有充分的动手实验时间。　　（一）失效分析基础知识讲解　　本实验课针对大学高年级本科学生开设，部分学生在上课之前从未学习过失效分析知识，因此在进行动手实验之前，有必要对失效分析的基本概念、作用、程序和思路进行简要的介绍。重点把握以下知识点。　　1.失效分析的基本概念。按照国家标准GB/T3187-1994中对失效的定义：产品终止完成规定功能的能力这样的事件。按照这一定义，失效分析则为判断失效模式、查找失效的原因和机理，提出防止类似事故再次发生的技术活动和管理活动。6　　2.失效分析的作用。失效分析的作用可以体现在减少同类事故的发生、提升产品质量

5、和裁决事故责任。此外，失效分析还可为技术开发、技术改造、技术进步提供信息、方向、途径和方法。　　3.几种典型的失效分析思路。在失效分析过程中，常用的思路包括“撒大网”逐个因素排除的思路、“故障树”思路和逻辑推理的思路。三种思路互为补充，有时会同时使用多种思路来进行分析。　　（二）典型案例剖析　　为使学生更加深入地了解失效分析思路的运用方法，在课堂上列举一个典型案例，通过案例的分析过程，梳理出失效分析思路，从而巩固教学效果。　　案例：某汽车转向器壳体开裂原因分析[3]　　基本情况：某皮卡汽车转向器壳体在使用过程中发生断裂故障，汽车累计行驶里程2000多公里。该壳体所使用的材料为Z

6、L107，铸造工艺为重力铸造，热处理工艺为T6，如图1所示，红色方框的位置为其断裂位置。　　分析过程：　　（1）“撒大网式”列举可能原因。在进行原因分析的初期，应尽可能多的想到各种可能引起失效的原因，现列举如下。6　　（2）利用宏观线索设计分析路线。在列举了所有可能的失效原因之后，需要制定简洁、高效的分析路线。利用已经看到的宏观特征，迅速排除不可能的原因，针对剩余的可能原因进行分析和验证。对于本案例，由于零件及其连接处的外观完好，零件及断口表面无明显腐蚀性痕迹，因此可以判断，该壳体不存在装配和环境问题，因此需要对剩余的几种原因：设计问题、材质问题和使用问题进行分析。而对于使用问

7、题，据4S店工作人员反映，在拆解和更换转向器的过程中，未发现车体其他部位有损伤。此外，据厂方反映，该型号转向器壳体曾经发生过类似的故障，考虑到该车仅行驶了2000多公里，由于使用问题造成失效的可能性较低，因此分析工作应重点聚焦在设计问题和材质问题上。具体分析路线如图4所示。　　（3）理化检验。对断口宏微观形貌进行观察，对材料的金相组织进行分析，并根据理化检验结果对图4中所示失效分析流程进行判定。由于授课对象面对的是材料专业的学生，因此对于力学分析不作要求。　　（三）动手实验　　由于本课程为实