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1、DOI:10.14136/j.cnki.issn1673-2812.1988.01.005疲劳断裂和失效分析中国科学院金属研完所王中光、一一个需要倍加重视的学科、,能源信息和材料被认为是当代文明的三大支柱而其中材料又是技术发展的物质基。,础人类对于材料感兴越首先并且永远是因为材料具有能够满足人类生存和发展需要的有。,,川的性能新型材料之所以成为最有生命力最有发展潜力的一类材料就在于它们向人类。,,展示了其优异的性能正因为如此无论是金属学或物理冶金学还是材料科学都明确地把日一ō闷,
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3、“、、。”!
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6、自己定义为研究成
7、份结构性能和它们之间关系的科学北京钢铁学院肖纪美教授多:“,,,。次指出人类社会对于学科的选择正如大自然选择生命品种一样物竞天择适者生存…,。”作为材料科学与工程的整体必须十分重视性能的研究…、,。材料性能是联系材料设计和制造的纽带它包括工艺性能和使用性能两个方面作为,,,用以制造机械产品和构件的结构材料由于在使用中承受载荷的作用力学性能特别是抵,。,抗交变载荷作用的疲劳性能是主要的使用性能在我国由于对材料的疲劳现象没有充分,、,的研究不能向设计者提供可靠的疲劳理论设计计算公式和完整的材料性能数据使我国,,机械工业除
8、少量零部件采用疲劳设计外绝大部分还停留在静强度或类比设计阶段设计规,,。,,、、、、范陈旧产品可靠性差材料浪费很大例如据统计全国汽车拖拉机冶金煤炭筑路,。等几个部门每年消耗于备件的钢材就达170万吨1986年我国钢铁材料的总消耗量达6000万,,。吨大体上等于美国1982年的钢产量而我国工业产值要比当时美国低得多为了弥补钢铁,。短缺我们每年不得不花大量外汇从国外进口钢材,不,材料疲劳性能的研究仅涉及材料的发展和设计水平的提高而且事关产品和构件的安。。嘴全使用目前各类机械设备或构件绝大多数用金属制成它们在实际使用中会由
9、于某种原因,。丧失原有的功能或效益(即再使用时在经济上不合算)称为失效常见的失效模式大致分、。,,。为断裂腐蚀和磨损三大类其中尤以断裂特别是疲劳断裂危害最大数量最多根据美,国国家标准局(NBS)向国会提出的报告美国由于断裂和为防止断裂所花经费每年竟高达,。,、114。亿美元相当于国民经济总产值的4%国内尚缺乏全面的统计数字但我国在石油煤、、,。,炭铁道航空和电力等部门都发生过一些恶性事故损失是巨大的例如我国第一架歼,。八型全天候歼击机和一艘导弹核潜艇在试车时都曾因疲劳断裂而造成重大损失如果对材,料和结构在使用条件下的
10、行为有深刻的研究和清晰的了解就能提高产品的设计水平和质,,,,量提高产品的可靠性和使用寿命防止隐患那么大部分事故是可以预防和避免的其经刁ō
11、。,,,
12、济效益比新增加产品更显著有报告指出美国仅断裂分析一项每年可节约几亿美元如,。果通过失效分析使国内发电设备利用率提高1%就可制造30~40亿元的产值,我国
13、据叽械工业部门有关专家估计由于在疲劳和断裂研究方面比国际先进水平约落后,,即产品。,,10~20年致使行业设计方面落后10一巧年因此加强材料疲劳的研究加强失,,乃是加,,效分析工作取拐信息反馈速设计更新使产品的质量和性
14、能赶上国际水平提高。,“其使用寿命和竞争能力的必由之路我们必须加倍重视这一学科的发展以取得一个零件,”,,顶几个用一吨钢顶几吨钢用的效果做到对产品的可靠性和使用寿命心中有数有防患。于未然的能力、二本学科的中心问题,。有关疲劳的研究己经有10多年的历史而且是起源于断裂李故的失效分析随着科学技,。术和试验方法的发展和进步疲劳己成为材料力学性能研究中一个综合性很强的分支学科它、、、、、,涉及力学物理化学材料学机械学应用数学等多种学科领域具有某种边缘学科的,。:性质人们从不同的角度和层次或尺度上对疲劳现象进行研究最终目的主要
15、是两个一是,。,提高疲劳寿命二是进行寿命预测材料科学工作者着眼于微观从材料的原子和组织结构,,,的角度进行研究以期通过控制材料的内在因素获得最佳的疲劳性能为设计者提供最佳;:,的抗疲劳材料及其性能数据力学工作者着眼于宏观对零构件甚至整机的疲劳寿命和可,,,,靠性进行估算和分析为安全设计提供基础从本世纪五十年代开始人们普遍认识到不,不对整个从微观水平上对疲劳基本过程进行了解疲劳过程及其各个阶段的本质进行系统的,。,,研究就不可能有抗疲劳安全设计的进一步发展由于这种认识近二十余年来疲劳机理,。,的研究有很大发展其研究成果
16、已经带来了明显的实际效果例如近几年来世界各国都采,,既不准用材料性能数据去预测构件寿命逐渐摒弃了过去那种采用整机试验以确定寿命确。,,又不经济的方法因此疲劳研究中的宏微观结合材料与零构件研究的结合已经成为趋,。势而材料的疲劳又是这种结合的基础,。,本报告主要涉及材料特别是金属材料的疲劳研究疲劳是一个多阶段的过程在材料,,不存在裂纹或其它严重应力
