第23例 材料蠕变分析实例
第23例材料蠕变分析实例—受拉平板本例简单地介绍了蠕变的概念及蠕变材料模型的创建方法，简单地介绍了结构蠕变分析的方法、步骤及要点。
23.1蠕变简介
蠕变是指金属材料在长时间的恒温、恒载作用下，持续发生缓慢塑性变形的行为，大多数金属材料在高温下都会表现出蠕变行为。
如果材料发生了蠕变，在恒载作用下结构会发生持续变形；如果结构承受恒位移，则应力会随时间而减小，即产生应力松弛。
图23-1 蠕变曲线
蠕变一般分为蠕变初始阶段（Primary）、蠕变稳定阶段（Secondary）和蠕变加速阶段(Tertiary)三个阶段，如图23-1所示。蠕变初始阶段时间很短，应变率随时间而减小；在蠕变稳定阶段，应变以常速率发展；在蠕变加速阶段，应变率急剧增大直至材料失效。研究蠕变行为，主要针对蠕变初始阶段和蠕变稳定阶段。
研究问题时一般以蠕变方程（又称本构关系）来表征蠕变行为，蠕变方程以蠕应变率的，形式表示dεcr/dt =AσBεC t P式中，εcr为蠕应变。A、B、C、D是由实验得到的材料特性参数。当D<0时，蠕应变率随时间减小，材料处于蠕变初始阶段；当D=0时，蠕应变率不随时间变化，材料处于蠕变稳定阶段。
在ANSYS中，有一个蠕应变率库供选择。
23.2问题描述
一矩形平板，左端固定，右端作用有恒定压力p=100MPa，矩形平板尺寸如图23-2所示，材料的弹性模量为2xl05MPa，泊松比为0.3，蠕变稳定阶段蠕变方程dεcr/dt =C1σC2。C2，式中，C1=3.125 x10-14，C2=5。试分析平板右端的位移随时间的变化情况。
提示：为避免出现较小值，力单位用N，长度单位用mm，时间单位为h。
图23-2受拉矩形平板
23.3分析步骤
23.3.1改变任务名
拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图23-3所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE23，单击“OK”按钮。
图23-3改变任务名对话框
23.3.2选择单元类型
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit／Delete，弹出如图23-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图23-5所示的对话框，
在左侧列表中选“Structural Solid”。在右侧列表中选“Quad 4 node 182”，单击“OK”按钮，最后单击如图23-4所示对话框中的“Close”按钮。
图23-4单元类型对话框
图23-5单元类型库对话框
23.3.3定义材料模型
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出如图23-6所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图23-7所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e5（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮；再在如图23-6所示对话框的右侧列表中依次拾取"Structural", "Nonlinear", "Inelastic", "Rate
Dependent", "Creep", "Creep only". “Mises Potential”、“Implicit”、“10：Norton(Secondary．)”，弹出如图23-8所示的对话框，在“C1”、“C2”、，“C3”文本框中分别输入3.125E-14、5、0，单击“OK”按钮，然后关闭如图23-6所示的对话框
图23-6材料模型对话框
图26-7材料特性对话框
图26-8蠕变特性对话框
23.3.4创建矩形面
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By Dimension，弹出如图23-9所示的对话框，在“Xl，X2”文本框中分别输入0，100，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0，30，单击“OK”按钮。
图26-9创建矩形面对话框
23.3.5划分单元
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，弹出如图23-10所示的对话框，单击“Size Controls”区域中“Lines”后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取矩形面的长边，单击“OK”按钮，弹出如图23-11所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入10，单击“Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取矩形面的短边，单击“OK”按钮，弹出如图23-11所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入3，单击“OK”按钮。在如图23-10所示对话框的“Mesh”区域，选择
单元形状为“Quad”（四边形），选择划分单元的方法为“Mapped”（映射），单击“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取面，单击“OK”按钮，最后关闭如图23-10所示的对话框。
图23-10网格工具对话框
图23-11单元尺寸对话框
23.3.6施加约束
拾取菜单Main Menu-Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Lines，弹出拾取窗口，拾取矩形面的左侧短边，单击“OK”按钮，弹出如图23-12所示的对话框，在列表中选择“All DOF "，单击“OK”按钮。
图23-12 在线上施加约束对话框
23.3.7施加载荷
拾取菜单Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Pressure →On Lines，弹出拾取窗口，拾取矩形面的右侧短边，单击“OK”按钮，弹出如图23-13所示的对话框，在" VALUE”文本框中输入-100，单击“OK”按钮。
图23-13在线上施加压力载荷对话框
23.3.8指定分析选项
拾取菜单Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time and Substps,弹出如图23-14所示的对话框，在“TIME”文本框中输入le-6，在“DELTIM Time step size”文本框中输入le-6，在“DELTIM Minimum time step size”文本框中输入le-6，在“DELTIM Maximum time step size”文本框中输入le-6，单击“OK”按钮。
提示：如果该菜单项未显示在界面上，可以拾取菜单Main Menu→Solution →Unabridged Menu，以显示Main Menu→Solution下的所有菜单项。
图23-14分析选项对话框
23.3.9求解
拾取菜单Main Menu→Solution→Solve→Current LS，单击“Solve Current Load Step"对话框中的“OK”按钮。当出现“Solution is done!”提示时，求解结束，即可查看结果。
23.3.10激活蠕变分析
拾取菜单Main Menu→Solution→Load Step Opts→Nonlinear→Strn Rate Effect,弹出如图23-15所示的对话框，选择“RATE”为On，单击“OK”按钮。
图23-15蠕变选项对话框
23.3.11指定分析选项
拾取菜单Main Menu→Solution→L oad Step Opts→Time/Frequenc→Time and Time step，弹出如图23-14所示的对话框，在“TIME”文本框中输入1000，在“DELTIM time step SiZe，size”文本框中输入100，在“DELTIM Minimum time step size”文本框中输入1，在“DELTIM Maximum time step size”文本框中输入100，单击“OK”按钮。
23.3.12求解
拾取菜单Main Menu→Solution→Solve→Current LS，单击“Solve Current Load Step"对话框中的“OK”按钮。当出现“Solution is done !”提示时，求解结束，即可查看结果。
23.3.13 查看结果，用等高线显示von Mises应力
拾取菜单Main Menu→General Postpror→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu，弹出如图23-16所示的对话框，在列表中依次选择“Nodal Solution→Stress →von Mises Stress”（即von Mises等效应力），单击“OK”按钮，结果如图23-17所示。
图23-16用等高线显示节点结果对话框
图23-17平板的应力
23.3.14定义变量
拾取菜单Main Menu→TimeHist Postpro→Define Variables，弹出如图23-18所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图23-19所示的对话框，选择“Type of variable”为"Nodal DOF result”，单击“OK”按钮，弹出拾取窗口，拾取右上角节点，单击"OK”按钮，弹出如图23-20所示的对话框，在左侧列表中选择“DOF Solution”，在右侧列表中选择“Translation UX”，单击“OK”按钮，最后关闭如图23-18所示的对话框。
图23-18定义变量对话框
图23-19变量类型对话框
图23-20选择数据类型对话框
23.3.15显示变量
拾取菜单Main Menu→TimeHist Postpro→Graph Variables，弹出如图23-21所示的对话框，在“NVAR 1”文本框中输入2，单击“OK”按钮，结果如图23-22所示。
图23-21显示变量对话框
图23-22平板右端节点的位移曲线
第24例超弹分析实例---缓冲垫
本例简单介绍了超弹性材料的特点，通过实例介绍了建立超弹性材料模型的方法及分析过程中的要点。
24.1概述
24.1.1超弹性材料
超弹性材料包括天然橡胶和合成橡胶，其弹性行为不同于金属，有以下特点:
(1)超弹性材料可以承受大弹性变形；
(2)许多超弹性材料几乎不可压缩，泊松比接近于0.5;
(3)应力应变曲线具有高度的非线性。
24.1.2 ANSYS中的超弹性材料选项
进行超弹分析时必须使用具有超弹能力的单元类型，超弹选项用TB，HYPER 命令进行说明。
ANSYS中的超弹性材料模型是基于材料各向同性和不可压缩的假设来进行定义的。超弹材料的本构关系用应变能密度函数描述。选择不同的应变能密度函数，使用的材料常数也不同。材料常数可以直接输入，也可以使用试验数据拟合得到。可以使用ANSYS提供的超弹性材料模型，也可以自定义。
在ANSYS提供的各种超弹性材料的模型中，常用的有Mooney-Rivlin不可压缩橡胶模型和Blatz-Ko橡胶非线性弹性模型。2参数Mooney-Rivlin超弹材料模型的应变能密度函数为
W=C10I1?3+C01I2?3+1
(J?1)2
式中I1、I2——应变不变量
C10、C01——Mooney-Rivlin常数d——常数，可由C10、C01及泊松比确定W——应变能密度函数
24.2 问题描述
一外半径为20mm、内半径为15mm的钢球，以2m/s的速度掉落在铺有厚度为5mm的橡胶垫的地面上，已知橡胶材料采用2参数Mooney-Rivlin超弹材料模型，泊松比为0.499，Mooney-Rivlin常数Cl0、C01分别为2MPa和0.5 MPa。试分析钢球的冲击情况。
24.3分析步骤
24.3.1改变任务名
拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图24-1所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE24，单击“OK”按钮。
图24-1改变任务名对话框
24.3.2选择单元类型
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出如图24-2所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图24-3所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Solid”，在右侧列表中选“Quad 4node 182”，单击“Apply”按钮；再在左侧列表中选“Contact”，在右侧列表中选“2 nd surf 171”，单击“Apply”按钮：再在左侧列表中选“Contact”，在右侧列表中选“2D target 169”，单击“OK”按钮。
图24-2单元类型对话框
图24-3单元类型库对话框
返回到如图24-2所示的对话框，在列表中选择“Type 1 PLANE182”，单击“Options”按钮，弹出如图24-4所示的对话框，选择“K3”为“Axisymmetric”（轴对称），单击“OK”按钮，最后单击如图24-2所示对话框中的，的“Close”按钮。
图24-4单元选项对话框
24.3.3定义材料模型
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出如图24-5所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图24-6所示的对话框，在“PRXY”文本框中输入0.499（泊松比），单击“OK”按钮。再在如图24-5所示对话框的右侧列表中依次拾取“Structural”、“Nonlinear”、”elastic”、”Hyperelastic”、“Mooney-Rivlin”、“2 Parameters”，弹出如图24-7所示的对话框，在“C10”文本框中输入2e6，在“C01”文本框中输入5e5，单击“OK”按钮。再在如图24-5所示对话框表中依次拾取“Structural”、“Density”，弹出如图24-8所示的对话框，在“DENS”文本框中输入2200 (密度)，单击“OK”按钮。
图24-5材料模型对话框
单击如图24-5所示对话框的菜单项Material→New Model，单击所弹出的“Define Material ID "对话框中的“OK "按钮，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图24-6所示的对话框，在“EX”文本框中输入“2e11”（弹性模量），在"PRXY”文本框中输入“0.3”（泊松比），．单击“OK”按钮。再在如图24-5所示对话框的右侧列表中依次拾取“Structural”、“Density”，弹出如图24-8所示的对话框，在“DENS”文本框中输入7800（密度），单击“OK”按钮。然后关闭如图24-5所示的对话框。
图24-6材料特性对话框一
图24-7材料特性对话框二
图24-8材料特性对话框三
24.3.4定义实常数
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete，弹出如图24-9所示对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图24-10所示对话框，在列表中选择“Type 2CONTA171”，单击“OK”按钮，弹出如图24-11所示的对话框，在“FKN”文本框中输入1（法向接触刚度因子），单击“OK”按钮；返回到如图24-9所示对话框，单击“Close”按钮。
疲劳断裂行为High
超高频强度钢的疲劳断裂行为 J. Mater. Sci. Technol., Vol.24 No.5, 2008 1) 国家重点实验室的先进加工钢材和产品，北京100081,中国 2) 国家工程研究中心，北京100081钢铁技术先进，中国 3) ,燕山大学，秦皇岛，中国 ⑷对金属的中国社会，北京100711,中国 疲劳断裂行为的超高强度钢与不同熔化过程，研究了夹杂物尺寸不同通过用在旋转弯曲疲劳机上多达107循环加载。观察骨折面发射扫描电子显微镜(FESEM。当它被发现时已经尺寸的夹杂物对疲劳行为未清除。对钢在AISI 4340夹杂物尺寸小于5.5微米，所有的疲劳裂纹除的确做到了包含但不引发的地表和传统从标本的s - n曲线的存在。对65Si2MnW在100和Aermet钢平均12.2和14.9米，疲劳裂纹在较低的夹杂物引发的s - n曲线应力幅值和逐步进行观测。弯曲疲劳 强度的s - n曲线显示一个不断下降和疲劳失效的大型氧化物夹杂源于对60Si2CrVA 钢平均夹杂物的尺寸44.4米。在案件的内部骨折在周期超越约1X 106 65Si2MnWI?60Si2CrVA钢、夹杂物sh-eye经常发现里面和颗粒状明亮的方面(GBF)进行了观察附近约夹杂。GB尺寸的增加这个循环数的增加对失败的长寿命的政权。结构应力强度因子的价值范围内裂纹萌生施工现场对GBI与Nf几乎不变， 几乎是相等的表面夹杂物和内部包含在周期低于约1X 106。既不sh-eye GBF也 没有观察到100 Aermet钢在目前的研究中。 关键词:High-cycle超高强度钢疲劳，夹杂物s - n曲线，鱼眼骨折 1、介绍 High-cycle疲劳(HCF)失败是普通的实用的建筑工程项目的土石方作业。因此，广泛的研究已进行多年了令人满意的理解和解决方案尚未达成。众所周知，有一个很好的旋转弯曲疲劳强度之间的关系，如光滑的标本和抗拉强度、维氏 硬度、高压、或低或中等强度。对于低或中等强度钢如下 (T w 心 0.5Rm (T w 心 1.6HV (1) 在这种情况下，从疲劳裂纹倾向于表面，因此被称为表面的结构。然而,在较高 的拉伸强度范围或维氏硬度、线性相关性没发生，有了更多的散射或甚至星体疲劳强度值。疲劳断裂的起源的高强度钢的表面并不总是，但经常还有一定距离尤其是forhigh-cycle 疲劳，因此被称为内部断裂。断裂表面经常展现一个小光滑斑裂纹起
各类材料失效分析方法
各类材料失效分析方法 Via 常州精密钢管博客 失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。 失效分析流程 图1 失效分析流程 各种材料失效分析检测方法 1 PCB/PCBA失效分析 PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
图2 PCB/PCBA 失效模爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。 常用手段· 无损检测： 外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，C-SAM检测，红外热成像表面元素分析： 扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS) 显微红外分析(FTIR) 俄歇电子能谱分析(AES) X射线光电子能谱分析(X PS) 二次离子质谱分析(TOF-SIMS)· 热分析：· 差示扫描量热法(DSC) 热机械分析(TMA) 热重分析(TGA) 动态热机械分析(DMA) 导热系数(稳态热流法、激光散射法) 电性能测试： · 击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移· 破坏性能测试： 染色及渗透检测
2 电子元器件失效分析 电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础，元器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。 图3 电子元器件 失效模式 开路，短路，漏电，功能失效，电参数漂移，非稳定失效等 常用手段· 电测：连接性测试电参数测试功能测试 无损检测： 开封技术(机械开封、化学开封、激光开封) 去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层) 微区分析技术(FIB、CP) 制样技术： 开封技术(机械开封、化学开封、激光开封) 去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层) 微区分析技术(FIB、CP) 显微形貌分析： 光学显微分析技术 扫描电子显微镜二次电子像技术 表面元素分析： 扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS) 俄歇电子能谱分析(AES)
PCB失效分析技术及部分案例
PCB失效分析技术及部分案例 作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。 对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。 1.外观检查 外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB 的失效模式。外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。 2.X射线透视检查 对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X 射线透视系统来检查。X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。 3.切片分析 切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB
《材料失效分析》实验教案2014上.
课程教案 课程名称：材料失效分析实验 任课教师：刘先兰 所属院（部）：机械工程学院 教学班级： 2011级金属材料工程教学时间：2013—2014学年第二学期 湖南工学院
《材料失效分析》实验 实验课程编码： 学时：6 适用专业：金属材料工程 先修课程：材料科学基础、材料力学性能、金属塑性成型原理、现代材料检测技术等 考核方式： 一、实验课程的性质与任务 帮助学生进一步理解所学知识，加深对一般工程结构和机械零件失效分析的基础知识、基本方法和基本技能的掌握；能够利用所学的知识建立失效分析方法和思路（故障树）；熟悉判断失效零件裂纹源的方法；熟知各类断裂件的断口形貌及断裂机制，分析各种断裂类型、起裂点及断裂过程。 二、实验项目 实验一材料失效中的金相分析法实验（2学时） 实验二零件失效的宏观分析法（2学时） 实验三静载荷作用下的金属材料断裂失效断口分析（2学时） 三、实验报告要求 每个实验均应写实验报告。按统一格式，采用统一封面和报告纸。实验报告内容应包括实验名称、目的、内容和理论基础、实验设备（名称、规格及型号）及材料名称，实验步骤、实验结果、结果分析。 四、其它要求 实验中，注重知识、能力、素质的协调发展，突出学生的创新精神与创新能力的培养。 五、教材和参考资料 1教材： 《材料失效分析》，庄东汉主编.华东理工大学出版社. 2．参考资料： [1]《机械零件失效分析》，刘瑞堂编，哈尔滨工业大学出版社.. [2]《材料成形与失效》，王国凡主编，化学工业出版社. [3]《材料现代分析方法》，左演声主编，北京工业出版社. [4] 《断口学》，钟群鹏主编，高等教育出版社. [5] 《金属材料及其缺陷分析和失效分析100例》，候公伟主编，机械工业出版社.
ABAQUS蠕变分析流程
蠕变分析流程(针对初学者) 1.1蠕变分析流程 蠕变主要是利用实验配合数值方法获的材料参数后，再将所获的的参数使用于有限元素的分析中，以求获得其应力、应变、蠕应力、蠕应变等等…内部结构经外力、时间或温度所造成的效应。 ABAQUS软件包蠕变分析模式，可以采用三种蠕变定律描述粘塑(visco-plastic)材料行为，ABAQUS软件包蠕变分析模式通常采用三种蠕变定律描述粘塑(visco-plastic)材料行为，幂次法则模式(Power-law model)可应用于仿真等温与固定负载下之蠕变行为，其所采用之定律分别为时间硬化率(time hardening)及应变硬化率(strain hardening)关系式。变动温度状况下则使用Garofalo-Arrhenius双曲正弦法则模式(Hyperbolic-sine law model)仿真温度相依之稳态蠕变行为。以下将就时间硬化率及双曲正弦法则说明蠕变材料参数确认方式。为判断蠕变参数与参考文献实验数据曲线嵌合(这是为取得材料参数所使用的数学分析方法)结果之良好与否，采 用回归分析之决定系数2R(Coefficient of Determination，R Square)为判断依据，2R值介于0-1，当2R越接近1表示嵌合结果之结果越好。 2.1蠕变理论 材料受到低于降服或抗拉应力作用时，造成长时间粘塑性变形之现象称为蠕变(Creep)。金属材料蠕变行为通常发生于高温，在常温时之蠕变效应极小通常视为无蠕变现象发生。然而，高分子材料与金属材料蠕变现象不同，高分子材料在常温时便有明显蠕变现象发生，当应力及温度增加其蠕变现象愈显著。蠕变为材料重要机械特性之一，当材料产生蠕变时，其应变与时间关系可由图2.1说明。图中，P1> P2> P3其负载大小明显对其蠕变行为有明显影响，当负载愈大其蠕变变形愈快。一般蠕变曲线可分成三阶段，第一阶段为应变率随时间减少之瞬时蠕变期(Primary or Transient Creep)、第二阶段为常数应变率之稳态蠕变期(Secondary or Steady-state Creep)，以及试件断面颈缩造成应变率随时间快速增加之第三蠕变期(tertiary creep)，蠕应变率与时间关系如图2.2所示。
金属材料及零部件的失效分析
金属材料及零部件失效分析 随着科学技术和工业生产的迅速发展，人们对机械零部件的质量要求也越来越高。材料质量和零部件的精密度虽然得到很大的提高，但各行业中使用的机械零部件的早期失效仍时有发生。通过失效分析，找出失效原因，提出有效改进措施以防止类似失效事故的重复发生，从而保证工程的安全运行是必不可少的。 相关行业 汽车零部件、精密零部件、模具制造、铸锻焊、热处理、表面防护等金属相关行业。 常见失效模式 断裂：韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、液态金属脆化、氢脆 腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀 磨损：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、微动磨损、变形磨损 其他：功能性失效、物理性能降级等等 金属失效分析的意义
1. 减少和预防产品同类失效现象重复发生，减少经济损失，提高产品质量； 2. 为裁决事故责任，制定产品质量标准等提供可靠的科学技术依据。 失效分析常用手段 （1）断口分析： 分析断裂源、断口特征形貌，并分析这些特征与失效过程的相互关系。 解理断裂沿晶断裂 （2）金相组织分析 评估组织级别、工艺匹配程度、缺陷等级等等。
（3）成分分析： SEM/EDS； ICP-OES； XRF； 火花直读光谱。 （4）痕迹分析： 分析失效件与成型、使用、环境交互影响留下的细微痕迹。
（5）热学分析：评判材料在热环境使用的合理性。 （6）机械性能分析：评估力学强度、硬度、热性能等指标是否符合使用要求。（7）微区分析：分析表面形貌及微区成分，为失效机理推断提供定性定量依据。（8）极表面分析：对极表面腐蚀产物、微量异物进行定性定量分析。
金属构件失效分析精简版
第一章 1、失效分析：对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。 2、失效形式：(1)变形失效a弹性变形失效b塑性变形失效（2）断裂失效a韧性断裂失效b 脆性断裂失效c疲劳断裂失效（3）腐蚀失效a局部（点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳）b全面（均匀、不均匀）（4）磨损失效 3、引起失效的原因：（1）设计不合理：结构或形状不合理，构件存在缺口、小圆弧转角、不同形状过渡区等高应力区（2）选材不当及材料缺陷（3）制造工艺不合理：工艺规范制定不合理（4）使用操作不当和维修不当 4、失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生。 5.自行车的失效形式：磨损；家用液化气瓶：变形；锅炉：断 第二章 1、铸态金属常见的组织缺陷：a缩孔：金属在冷凝过程中由于体积收缩而在铸锭或铸件心部形成管状或分散孔洞称为缩孔。细小的缩孔称为疏松。b偏析：金属在冷凝过程中由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀现象。c内裂纹d气泡和白点 2、金属锻造及轧制件缺陷：（1）内部组织缺陷a粗大的魏氏体组织b网络状碳化物及带状组织c钢材表层脱碳（2）钢材表面缺陷：折叠、划痕、结疤、表面裂纹、分层 3、钢中金属夹杂物种类：a脆性夹杂物b塑性夹杂物c半塑性变形的夹杂物 4、脆性夹杂物易成为疲劳断裂的裂纹源原因：对于变形率低的脆性夹杂物，在钢加工变形过程中，夹杂物与钢基体相比变形甚小，由于夹杂物与钢基体之间的变形性的显著差异，造成在夹杂物与钢基体的交界处产生应力集中，导致微裂纹产生或夹杂物本身开裂 5、a比b的危害大的原因：夹杂物的变形率V可在V≈０～１这个范围变化，若变形率低，钢经加工变形后，由于钢产生塑性变形，而夹杂物基本上不变形，便在夹杂物和钢基体的交界处产生应力集中，导致在钢与夹杂物的交界处产生微裂纹，这些微裂纹便成为零件在使用过程中引起疲劳破坏的隐患。 6、焊接裂纹的分类：ａ热裂纹：结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹b再热裂纹c冷裂纹：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹d:层状撕裂 7、氧化膜应满足以下条件才具有保护性：a除致密和完整以外，金属氧化物本身稳定、难溶、不挥发、不易与介质发生作用而被破坏；b氧化膜与基体结合良好，有相近的热膨胀系数，不会自行或受外界作用二玻璃脱落；c氧化膜有足够的强度和塑性，足以经受一定的应力、应变作用，具有足够强度和抗变形能力。 8、金属氧化膜的生长规律：直线规律、抛物线规律、对数规律、立方规律、反对数规律 9、腐蚀原电池的模型：锌在硫酸溶液中的溶解，同时有氢气自锌表面析出。阳极（氧化）阴极（还原）析氢、吸氧。 阳极：Zn---Zn2+ +2e阴极：2H+ +2e----H2 10、在除氧气的稀硫酸溶液中锌板遭受腐蚀而铜板不受腐蚀的原因：铜的标准电极电位为0.3419V，在除氧的稀硫酸溶液中，H+不能成为铜的氧化剂，铜不发生腐蚀；但当稀硫酸含氧时，铜电极的某些部位发生O2+4H++4e→2H2O，O2消耗电子，还原成H2O，这是O2为氧化剂，铜板受腐蚀。 11裂纹焊接的分类：ａ热裂纹：结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹b再热裂纹c冷裂纹：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹d:层状撕裂 12、为什么高强材料、大型装备及焊接工艺问世后，低应力脆断事故会不断地出现？传统
景观常用材料认识
园林景观材料认识与解析
■关于园林 □材料的分类■常用形式 □材料调查 ■道路基础分析
关于园林 园林景观设计是在传统园林理论的基础上，具有建筑、植物、美学、文学等相关专业知识的人士对自然环境进行有意识改造的思维过程和筹划策略。 具体的讲，就是在一定的地域范围内，运用园林艺术和工程技术手段，通过改造地形、种植植物、营造建筑和布置园路等途径创造美的自然环境和生活、游憩境域的过程。通过景观设计，使环境具有美学欣赏价值、日常使用的功能，并能保证生态可持续性发展。在一定程度上，体现了当时人类文明的发展程度和价值取向及设计者个人的审美观念。
材料分类 石材砖木材其它种类 cailiaofenlei
石材 花岗岩介绍 花岗岩是一种岩浆在地表以下凝却形成的，一种深层的酸性火成岩，属于岩浆岩。主要成分是长石和石英。其矿物颗粒的结晶较大，并且颗粒大小相似，呈镶嵌状及粒状结晶组织，不同类之矿物以规则或不规则方式相互交错互锁排列。 花岗岩是一种岩浆在地表以下凝却形成的火成岩，主要成分是长石和石英。花岗岩不易风化，颜色美观，外观色泽可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨损，除了用作高级建筑装饰工程、大厅地面外，还是露天雕刻的首选之材。 1、常用石材一般有花岗岩、砂岩、页岩等，其中砂岩、页岩适用人行，花岗岩适用车行与人行。花岗岩常见颜色为灰、红、黑、黄、绿，砂岩常见颜色为红、黄、紫，页岩常见颜色为灰、红、黑、黄、绿。 2、花岗岩常用的饰面类型有火烧面、抛光面、亚光面、自然面、机刨面、机切面、凿毛面、荔枝面、劈裂面、肋纹面、斧剁面等；其中劈裂面、肋纹面多用于立面饰面，抛光面、亚光面、机切面多用于铺装分隔条等小规格铺装。石材凿毛面、荔枝面、劈裂面、斧剁面等至少30厚 3、常见规格为600x600,300x300等，一般为3的倍数和100的倍数 天然石材用做铺装板材厚度以20-50mm为主，多以600mmX1200mm板材加工而得。 一般常用车行道为50厚，人行道为30厚 花岗岩平缘石常用的有：100X100X1000 150X150X1000(含灰缝) 花岗岩路缘石常用的有：150X200X1000 150X250X1000 200X250X1000(含灰缝) 常用的缘石石面有：机切面、光面、火烧面、自然面
材料失效分析
材料失效分析
关于散装无铅焊料的脆性到塑形断裂的 转变温度的研究 姓名：肖升宇专业：材料科学与工程学号：0926000333 摘要 断裂韧性的散装锡，锡铜无铅焊料，锡银和测量功能温度通过一个摆锤冲击试验（冲击试验）。韧脆断裂转变他们发现，即急剧变化，断裂韧性，相比没有转变为共晶锡铅。过渡温度高纯锡，Sn-0.5%铜和Sn-0.5%铜（镍）合金在- 125℃含有Aｇ的焊料显示过渡在较高温度：在范围78到45–°–°C最高转变温度45℃–°测定锡- 5%银，这是球以上的只有30–°角的增加的银内容变化的相变温度较高的值，这可能与高SnAg3颗粒体积分数的焊料的量。这些结果被认为是非常重要的选择最好的无铅焊料组合物。 简介 由2006年七月份。铅的使用电子在欧洲将被禁止，以及无铅焊料应取代锡铅焊料，常用于微电子领域超过50年。许多以Sn为基体的焊料针对于过去几年进行深入研究，如锡银，铜，Sn-Ag-Cu等等，特别是关于其可靠性，工作是远远没有完成。自从这个“软”铅被从焊料中提取出来之后，导致无铅焊料不容易变行和增长了当地积累的应力水平，这也增加了裂缝成核的概率。这显着影响着主要焊点的失效模式，即焊料疲劳。这是众所周知的一些金属松动的低温延性，并表现出脆性断裂模式。因此，韧性到脆性转变温度是一个重要参数。
至于我们的知识，只有现有无铅合金的数据，见迈耶[1]，显示出锡5％银的转变温度为-25°，相比没有过渡锡，铅-1.5Ag93.5％。这其实是相当令人失望，因为许多标准热 循环试验开始温度低至-40甚至-60℃，这会影响故障模式。此外，这个温度范围也有一些应用程序，例如航天。“本文的目的是研究几大部分含铅量焊料的脆性到韧性骨折转变温度。 实验 众所周知的一个摆锤冲击试验，“摆锤试验”，用以确定在断裂消耗的能源量，这是一个断裂韧性的措施材料，如温度的功能。“实验装置如图1所示。 对７种合金材料做了测试，结果如下： ·99.99wt.%Sn ·Sn-0.7wt.%Cu, ·Sn-0.7wt.%Cu (0.1wt.%Ni) ·Sn-3wt%Ag-0.5wt%Cu, ·Sn-4wt%Ag-0.5wt%Cu ·Sn-5wt%Ag ·Sn-37wt.%Pb,作为参考 根据所进行的测试ASTM E23标准的V型缺口样品大小为 10x10x55mm。对于某些样本大小为5x5x55mm的合金被使用，由于只有有限的物质可用。锤能量为50J和冲击速度为3.8米/秒。能源锤358J被用于多次测量时吸收能量大于50J。结果是由截面样品表面正
18种-.-园林景观常用的材料-景观设计师必看!
1、广场砖 属于耐磨砖的一种，具有防滑、耐磨、修补方便等特点，主要用于广场、行道等大面积范围的铺装。其砖体色彩简单，砖面体积小，多采用凹凸面的形式。 2、陶土砖 属于粘土砖的一种，通常采用优质粘土甚至紫砂陶土高温烧制而成。与传统红砖（粘土砖）相比，陶土砖质感更细腻，色泽更均匀，线条流畅，耐高温高寒、耐腐蚀，永不褪色，不仅具有自然美，更具有浓厚的文化气息和时代感，是广场、庭园、街道及休闲场所等非常理想的硬质地面铺设材料。
3、锈石 属于花岗岩的一种，可用作磨光板、火烧板、薄板、台面板、环境石、地铺石、路延石、小方块、墙壁石、石制家具、石雕等。
4、路沿石、镶边石 路沿石是指用花岗岩材质制作的用在路面边缘的界石，路沿石也称道牙石或路边石、路牙石。路沿石是在路面上区分车行道、人行道、绿地、隔离带和道路其他部分的界线，起到保障行人、车辆交通安全和保证路面边缘整齐的作用。 5、植草砖 植草砖将植草区域变为可承重表面，适用于停车场、人行道、出入通道、消
防通道、高尔夫球道、屋顶花园和斜坡、固坡护堤，尤其适合设在各类居住小区、办公楼、开发区的停车场和车辆出入通道，也可在运动场周围、露营场所和草坪上建造临时停车场。 6、透水砖 透水砖起源于荷兰，又叫荷兰砖，具有较好的透水性，被广泛用于城市道路改造中。
7、压模地坪/压花水泥/压印混凝土/艺术地坪 压模地坪是一种绿色环保地面材料，它能在原本普通的新旧混凝土表层创造出各种天然大理石、花岗岩、砖块、瓦片、木地板等铺设效果，具有图形美观自
然、色彩真实持久、质地坚固耐用等特点。其优点是易施工、一次成型、使用期长、施工快捷、修复方便、不易褪色等，可弥补普通彩色道板砖的整体性差、高低不平、易松动、使用周期短等不足。
工大金属材料失效分析(DOC)
3.刚的晶内偏析不可以通过热处理方法予以消除·······（×） 4.钢中氢含量偏高容易导致钢中出现气孔和白点·······（√） 5.魏氏组织会降低刚的强度，但是可以提高钢的韧性···（×） 6.钢中夹杂物会降低钢的塑性、韧性和疲劳强度·······（√） 7.钢的脱碳会降低钢的疲劳程度·····················（√） 8.焊缝延迟裂纹一般与焊缝中的含氢量有关···········（√） 9.焊缝淬火裂纹一般与焊缝中的马氏体有关···········（√） 10.磨损失效是金属构件失效的主要方式··············（×） 11.河流花样和舌状花样是脆性断口和典型微观形貌特征（√） 12.应力腐蚀开裂是应力和腐蚀共同作用的结果·······（√） 13.能谱成分分析技术可以用于钢中碳含量分析·······（×） 14.扫描电镜分析技术是建立在可见光反射原理基础之上的（×） 15.就金属断裂而言，正断可能是韧性的，而切断总是韧性的（√） 1、钢的晶内偏析可以通过何种热处理方法予以消除？ 扩散退火钢加热到上临界点(Ac3或Accm)以上的较高温度（一般为1050～1250℃），经过较长时间的充分保温，然后缓冷的热处理叫扩散退火，也叫均匀化退火。这种退火的目的是，借原子在高温下可以较快的扩散，减少或消除各种合金元素及非合金元素在钢中的显微偏析，使化学成分趋于均匀化，以达到改善钢的组织，提高钢的力学性能的目的。 2、钢中S、P杂质元素容易造成哪些性能缺陷？ S以Fes形态存在于钢中，Fes和Fe形成低共熔化合物，引起热脆。
P虽然可以提高钢的强度和硬度，但会引起塑性和冲击韧性的下降，使韧脆转变温度上升，引起冷脆。 3、钢中H元素容易造成哪些性能缺陷？ 钢中溶解的氢会导致氢脆，白点和氢致延迟断裂等缺陷 一是引起氢脆，即在低于钢材极限应力的作用下，经一定的时间后，突然断裂。二是导致钢材内部产生大量细微裂纹缺陷，即白点，白点使钢材的冲击韧性降低得很多。在钢材纵端面上呈光滑的银白的斑点，在酸洗后的端面上呈较多的发丝状裂纹，白点使钢材的延伸率显著下降，尤其是端面收缩率和冲击韧性降低得更多，有时可能接近于零值。因此具有白点的钢是不能用的，这类缺陷主要发生在合金钢中。 4、魏氏组织对钢有哪些危害作用？ （1）.在最终热处理会有增大变形的倾向；（2）.使钢的力学性能尤其是塑性和冲击韧性显著降低，同时使脆性转折温度升高。魏氏组织不仅晶粒粗大,而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面,使金属的韧性急剧下降,屈服强度当然也会降低。 5、钢中夹杂物会降低钢的哪些性能？ 钢中夹杂物包括C、Si、Mn、S、P、N、H、O等 C：随着钢中碳含量的增加，碳钢硬度上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内随着碳含量增加，抗拉强度不断提高。超过共析范围后，抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低，同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工（冲压、垃拔）性能变坏。 Si：硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著降低。 Mn：锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体中引起固溶强化。 S:产生热脆
景观材料分析及应用——以兰州植物园为例
景观材料分析及应用——以兰州植物园为例 兰州植物园地处甘肃省兰州市安宁区枣林路施家湾1号，占地530余亩，北邻大青山，南接兰州交通大学科技园，东边与国防学校接壤。交通十分便利，市内乘20路公交车可直达植物园，乘3、121、103、310等路公交车到刘家堡车站下车沿枣林路向北也可到达植物园。 甘肃省兰州植物园是在兰州市施家湾苗圃的基础上开始筹建的，因此兰州植物园里的敦煌园有着丰厚的基础条件。园内的“敦煌园”按照昆明世博园原景放大修建。同时，植物园还准备修建植物标本馆、摄像馆、科学家雕塑群等，该园是融高科技珍稀植物培育、观赏、休闲、娱乐为一体的大型开放式公园。目前，植物园内景色宜人，湖光树影，花香鸟语，春、夏、秋三季花开不断，苗木郁郁葱葱，浓荫如盖，受到游人的青睐。 植物研究所占地50亩，花卉温室7000多平方米，培育花草100多个品种，室内观赏花卉50多个品种，培育新品种70种以上，是兰州市主要花卉研种培养基地。园内拥有各类植物200余种、60余万株，其中冷杉、水杉、龙柏、银杏、杜仲、毛睐木、槭树、辽东栎、君迁子、白桦、马褂木、玉兰、枸树、漆树、盐肤木、龙桑、文冠果、茶镳子等为较为珍贵的树木品种。已建成的百合园和宿根花会园收集种植了包括观赏、食用、野生等9个品种的百合和27个品种的宿根花卉。以后还将逐步按照植物分类修建蔷薇园、丁香园、松柏园、牡丹园、观果园、草药园等植物专类园，突出展示西北特色的植物品种。 而针对植物园景观材料分析及应用，应注重体现民主特点和艺术美感，注重与周围环境气氛融合，并注意各种材料间的协调搭配，同时要考虑铺装材料的透水性、透气性、伸缩系数等指标。植物园铺地多以大理石、花岗岩、人造石板、各种卵石、混凝土、预制混凝土花砖、再生砖等作为材料，故铺设出的道路和广场严整、开阔、规范、厚重。砖石、瓦片、碎石、木材、各种色彩的炉干等，其特点为小巧别致、追求自然、返朴归真、饱含雅趣。更重要的要充分利用建筑回收材料，树枝等材料用于铺装。 现在细说一下植物园的具体铺装： 1）、人造石材 造石材是以不饱和聚酯树脂为黏结剂，配以天然大理石或方解石、白云石、硅砂、玻璃粉等无机物粉料，以及适量的阻燃剂、颜色等，经配料混合、瓷铸、振动压缩、挤压等方法成型固化制成的。与天然石材相比，人造石具有色彩艳丽、光洁度高、颜色均匀一致，抗压耐磨、韧性好、结构致密、坚固耐用、比重轻、不吸水、耐侵蚀风化、色差小、不褪色、放射性低等优点。具有资源综合利用的优势，在环保节能方面具有不可低估的作用，也是名副其实的建材绿色环保产品。已成为现代建筑首选的饰面材料。 人造石材的用途： 在商业用途上，人造石材的使用几乎不受限制。根据产品的适应性，它可用于健康中心、医疗机构、公共写字楼、厂矿公司、购物中心等空间里的设备设施。当它作用于柜台、墙体、水槽、展示架、家具、电梯等器物时，色彩纹理设计独特的人造石材无不显示其体贴、温暖、可塑性强、可自由切裁、弯曲、研磨、接合耐久等卓越性能，产品的这些特点，是消费者在使用时可以大胆创作，保持美感。 在家居装饰方面，人造石材优越于一般传统建材所没有的耐酸、耐碱、耐冷热、抗冲击的特点，作为一种质感佳、色彩多的饰材，不仅能美化是内外装饰，满足其设计上的多样化需求，更能为建筑师和设计师提供极为广泛的设计空间，以创造空间，表达自然感觉。 2）、地砖 a、广场砖 广场砖属于耐磨砖的一种。主要用于广场、行道等大面积范围的地方。其砖体色彩简单，砖面体积小，多采
第23例 材料蠕变分析实例
第23例材料蠕变分析实例—受拉平板本例简单地介绍了蠕变的概念及蠕变材料模型的创建方法，简单地介绍了结构蠕变分析的方法、步骤及要点。 23.1蠕变简介 蠕变是指金属材料在长时间的恒温、恒载作用下，持续发生缓慢塑性变形的行为，大多数金属材料在高温下都会表现出蠕变行为。 如果材料发生了蠕变，在恒载作用下结构会发生持续变形；如果结构承受恒位移，则应力会随时间而减小，即产生应力松弛。 图23-1 蠕变曲线 蠕变一般分为蠕变初始阶段（Primary）、蠕变稳定阶段（Secondary）和蠕变加速阶段(Tertiary)三个阶段，如图23-1所示。蠕变初始阶段时间很短，应变率随时间而减小；在蠕变稳定阶段，应变以常速率发展；在蠕变加速阶段，应变率急剧增大直至材料失效。研究蠕变行为，主要针对蠕变初始阶段和蠕变稳定阶段。 研究问题时一般以蠕变方程（又称本构关系）来表征蠕变行为，蠕变方程以蠕应变率的，形式表示dεcr/dt =AσBεC t P式中，εcr为蠕应变。A、B、C、D是由实验得到的材料特性参数。当D<0时，蠕应变率随时间减小，材料处于蠕变初始阶段；当D=0时，蠕应变率不随时间变化，材料处于蠕变稳定阶段。
在ANSYS中，有一个蠕应变率库供选择。 23.2问题描述 一矩形平板，左端固定，右端作用有恒定压力p=100MPa，矩形平板尺寸如图23-2所示，材料的弹性模量为2xl05MPa，泊松比为0.3，蠕变稳定阶段蠕变方程dεcr/dt =C1σC2。C2，式中，C1=3.125 x10-14，C2=5。试分析平板右端的位移随时间的变化情况。 提示：为避免出现较小值，力单位用N，长度单位用mm，时间单位为h。 图23-2受拉矩形平板 23.3分析步骤 23.3.1改变任务名 拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图23-3所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE23，单击“OK”按钮。 图23-3改变任务名对话框 23.3.2选择单元类型 拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit／Delete，弹出如图23-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图23-5所示的对话框，
金属--断裂与失效分析刘尚慈
金属断裂与失效分析（刘尚慈编） 第一章概述 失效：机械装备或机械零件丧失其规定功能的现象。 失效类型：表面损伤、断裂、变形、材质变化失效等。 第二章金属断裂失效分析的基本思路 §2—1 断裂失效分析的基本程序 一、现场调查 二、残骸分析 三、实验研究 （一）零件结构、制作工艺及受力状况的分析 （二）无损检测 （三）材质分析，包括成分、性能和微观组织结构分析 （四）断口分析 （五）断裂力学分析 以线弹性理学为基础，分析裂纹前沿附近的受力状态，以应力强度因子K作为应力场的主要参量。 K I＝ Yσ（πα）1/2 脆性断裂时，裂纹不发生失稳扩展的条件：K I＜K IC 对一定尺寸裂纹，其失稳的“临界应力”为：σc＝K IC / Y
（πα）1/2 应力不变，裂纹失稳的“临界裂纹尺寸”为：αc＝（K IC/Yσ）2/π 中低强度材料，当断裂前发生大范围屈服时，按弹塑性断裂力学提出的裂纹顶端张开位移[COD（δ）]作为材料的断裂韧性参量，当工作应力小于屈服极限时： δ＝（8σsα/πE）ln sec(πσ/2σs)不发生断裂的条件为：δ＜δC（临界张开位移） J积分判据：对一定材料在大范围屈服的情况下，裂纹尖端应力应变场强度由形变功差率J来描述。张开型裂纹不断裂的判据为： J＜J IC K IC——断裂韧性；K ISCC——应力腐蚀门槛值 （六）模拟试验 四、综合分析 分析报告的内涵：①失效零部件的描述；②失效零部件的服役条件；③失效前的使用记录；④零部件的制造及处理工艺；⑤零件的力学分析；⑥材料质量的评价；⑦失效的主要原因及其影响因素；⑧预防措施及改进建议等。
五、回访与促进建议的贯彻 §2—2 实效分析的基本思路 一、强度分析思路 二、断裂失效的统计分析 三、断裂失效分析的故障树技术 第三章金属的裂纹 §3—1 裂纹的形态与分类 裂纹：两侧凹凸不平，偶合自然。裂纹经变形后，局部磨钝是偶合特征不明显；在氧化或腐蚀环境下，裂缝的两侧耦合特征也可能降低。 发纹：钢中的夹杂物或带状偏析等在锻压或轧制过程中，沿锻轧方向延伸所形成的细小纹缕。发纹的两侧没有耦合特征，两侧及尾端常有较多夹杂物。 裂纹一般是以钢中的缺陷（发纹、划痕、折叠等）为源发展起来的。 一、按宏观形态分为： （1）网状裂纹（龟裂纹），属于表面裂纹。产生的原因，主要是材料表面的化学成分、金相组织、力学性能、应力状态等与
国内外著名景观设计案例分析
国内外著名景观设计案例分析 华夏园林网2010-02-25 浏览量5588 化腐朽为神奇: 中山岐江公园的场地与材料再生于再用 中山岐江公园在粤中造船厂旧址上建设，占地11公顷，从1953年到1999年，走过了由发展壮大到消亡的简短却可歌可泣的历程。本案例以产业旧址历史地段的再利用为主旨,对产业旧址及构筑物和机器的采用了多种利用方式,在此基础上了新的设计形式,并由此引 发对生态设计概念的理解（俞孔坚,2001; 俞孔坚庞伟,2002,2003; Pudua,2003）。 (1) 保留：尊重没有设计师的设计 良好的景观不是职业设计师的凭空创造，它们经历时间而发展，创造良好而富有含意的环境的上策是保留过去的遗留。作为一个有近半个世纪历史的旧船厂遗址，过去留下的东西很多：从自然元素上讲，场地上有水体，有许多古榕树和发育良好的地带性植物群落，以及与之互相适应的生境和土壤条件。从人文元素上讲，场地上有多个不同时代船坞、厂房、水塔、烟囱、龙门吊、铁轨、变压器及各种机器，甚至水边的护岸，厂房墙壁上的“抓革命，促生产”的语录。正是这些“东西”渲染了场所的氛围。 公园设计组对所有这些“东西”，以及整个场地，都逐一进行测量，编号和拍摄，研究其保留的可能性：包括自然系统和元素的保留，水体和部分驳岸都基本保留原来形式，全部古树都保留在场地中，为了保留江边十多株古榕，同时要满足水利防洪对过水断面的要求，而开设支渠，形成榕树岛；构筑物的保留和再利用：两个分别反映不同时代的钢结构和水泥框架船坞被原地保留，一个红砖烟囱和两个水塔，也就地保留，并结合中在场地设计之中。机器的保留和再利用：大型的龙门吊和变压器，许多机器被结合在场地设计之中，成为丰富场所体验的重要景观元素。 (2) 改变：再利用 原有场地的“设计”必竟只反映过去人的工作和生活，以及当时的审美和价值取向，从艺术性来将，还需加以提炼，与现代人的欲望和功能需求有一定距离。所以，有必要对原有形式和场地进行改变或修饰。通过增与减的设计，在原有“设计”基础上产生新的形式，其目的是能更艺术化地再现原址的生活和工作情景，更戏剧化地讲述场地的故事，和更诗化地揭示场所的精神。同时，更充分地满足现代人的需求和欲望。岐江公园中几个典型的加法和减法设计包括：旧水塔的利用和改造;烟囱与龙门吊的再利用,船坞的再利用,机器肢体的再利用。 除了大量机器经艺术和工艺修饰而被完整地保留外，大部分机器都选取部分机体保留，并结合在一定的场景之中。一方面是为了儿童的安全考虑，另一方面则试图使其更具有经提炼和抽象后的艺术效果。 (3) 再生设计 原场地内的材料,包括钢材、乡土物种等，都可以通过加工和在设计，而体现为一种新的景观、满足新的功能。经过再生设计后的钢被用做铺地材料，乡土野草成为美丽的景观元素。甚至场地的社会主义和集体主义精神也通过诸如“红盒子”的设计，而再现。 岐江公园注释了一个完整的生态设计概念：设计师的首要任务是阅读场地，保留“没有设计师的设计”，因为那是时间的作品，是自然过程和历史的积淀。 中山岐江公园 3.2 雨洪利用与野草之美：浙江台州永宁公园的生态化设计 这是一个关于河流生态恢复与重建的案例。把一个以防洪为单一目的的硬化河道，用最经济的途径，恢复重建为充满生机的现代生态与文化游憩地(俞孔坚等，2005)。永宁江公
疲劳断裂失效分析
1 5.1疲劳断裂失效的基本形式和特征 5.2疲劳断口形貌及其特征 5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 5.4疲劳断裂失效的原因与预防 第5章疲劳断裂失效分析 2?按应力循环次数 当Nf＞105时为低应力高周疲劳（通常所指） 当Nf＜10 4时为高应力低周疲劳?按服役的温度及介质条件 机械疲劳、高温疲劳、低温疲劳 冷热疲劳、腐蚀疲劳?基本形式 切断疲劳：面心立方在单向压缩、拉伸及扭转条件下多以切断形式破坏 正断疲劳：大多数的金属构件的疲劳失效都是以此形式进行的，特别是体心立方金属 3 ?疲劳断裂的突发性?疲劳断裂应力很低 ?疲劳断裂是一个损伤积累的过程?疲劳断裂对材料缺陷的敏感性?疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性 4 典型的疲劳断口一般有三个区,即疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。疲劳断口的宏观特征与静载破坏的脆性断口相似，无明显的宏观塑性变形。 5 ?疲劳核心是疲劳破坏的起点，它总是位于零件强度最低或应力最高的地方。 ?零件承受弯曲、扭转疲劳负荷时，最大应力区是在零件的表面。 ?零件表面的加工刀痕、凹槽、尖角、台肩等处由于应力集中往往成为疲劳源。 ?如果零件内部存在缺陷，如脆性夹杂物、白点、空洞、化学成分的偏析等，则可能在零件内部产生疲劳源。 1、疲劳核心(或称疲劳源) 6 ù疲劳源的数目可以不止一个，在名义应力较高或是应力集中较为严重时，在高应力区域就可能产生几个疲劳源。 ù疲劳源的位置用肉眼或低倍放大镜就能判断，一般在疲劳区中磨得最光亮的地方。 ù在断口表面同时存在几个疲劳源的情况下，可按疲劳线的密度来确定疲劳源产生的次序，疲劳线的密度越大，表示起源的时间越早。
7 疲劳断口上最重要的特征区域 该区域上常有疲劳断裂独特的宏观标志，如贝纹状、蛤壳状、海滩波纹等。 贝纹线以疲劳源为中心，向四周推进呈弧形线条，垂直于 裂纹扩展方向。 对于光滑试样，疲劳弧线的圆心一般指向疲劳源区。扩展到一定程度时，也可能出现疲劳弧线的转向现象 当试样表面有尖锐缺口时，疲劳弧线的圆心指向疲劳源区的相反方向。 在低周疲劳断口上一般也不常能观察到贝壳状条纹线。 8 $疲劳裂纹达到临界尺寸后发生的快速破断,它的特征与 静拉伸断口中快速破坏的放射区及剪切唇相同,但有时仅出现剪切唇而无放射区。$对于非常脆的材料,此区为结晶状断口，即使是塑性良好的合金钢或铝合金，疲劳断件断口附近通常也观察不到宏观的塑性变形。 9 10 6与静载拉伸断裂时不同，拉压疲劳断裂的疲劳核心多源于表面而不是内部。缺口试样由于缺口根部有应力集中故靠近表面裂纹扩展快，结果形成波浪形的疲劳弧线。高应力导致疲劳稳定扩展区较小，而最终断裂区所占比例较大。 6旋转弯曲的疲劳源区一般出现在表面，但无固定地点，疲劳源可 以为多个。疲劳源区和最后断裂区相对位置一般总是相对于轴的旋转方向而逆转一个角度。而高应力集中时，最终撕裂面移向中心，呈现棘轮花样。交变扭转载荷也出现这种花样 6双向弯曲的疲劳源区可能在零件的两侧表面，最后断裂区在截面内部。在高名义应力下，光滑的和有缺口的零件瞬断区的面积都大于扩展区，且位于中心部位，形状似腰鼓形。随着载荷和应力程度的提高，瞬断区的形状逐渐变形成为椭圆形。在低名义应力下，两个疲劳核心并非同时产生，扩展速度也不一样，所以断口上的疲劳断裂区一般不完全对称，瞬断区偏离中心位置。 11 D第一阶段为切向扩展阶段。在交变应力作用下，使滑移形成的裂纹源扩展形成可观察的裂纹，裂纹尖端将沿着与拉伸轴呈45°角方向的滑移面扩展。该阶段中裂纹扩展范围较 小，一般在2~5个晶粒之内。 D第二阶段为正向扩展阶段。裂纹从原来与拉伸轴呈45 °的滑移面，发展到与拉伸轴呈90 °，该阶段的断口具有引人注目的独特形态－疲劳辉纹。 D第三阶段是由于裂纹扩展到一定长度后，使构件的有效截面减少而造成的一次性快速断裂，断口特征常为韧窝型撕裂。 12疲劳辉纹的一般特点 （1）疲劳裂纹是一系列基本上相平行的条纹，略带弯曲呈波浪形，并与裂纹局部扩展方向相垂直，其凸弧面指向裂纹扩展方向。 （2）在疲劳裂纹稳定扩展阶段，所形成的每一条辉纹相当于一次载荷循环。辉纹确定了裂纹前沿线在前进时的位置。（3）疲劳辉纹的间距随应力场强度因子而变化，应力越大，间距越宽；反之应力越小，则间距越窄。 （4）疲劳断口的微观范围内，通常由许多大小不同、高低不一的小断块组成，每一小断块上的疲劳辉纹连续且平行，而相邻小断块上的疲劳辉纹不一定连续和平行。（5）断口的两匹配面上的辉纹基本对应。
材料失效分析报告报告材料
上海应用技术学院 研究生课程（论文类）试卷 2 0 15 / 2 0 16 学年第二学期 课程名称：材料失效分析与寿命评估 课程代码：NX0102003 学生姓名：丁艳花 专业﹑学号：材料化学工程 156081101 学院：材料科学与工程学院
凝汽器铁管管壁减薄的失效分析报告 1.失效现象描述 秦山第三核电公司1#700M W重水堆核能发电机组2A凝汽器。该凝汽器从2002年8月起投入使用,实际运行时间8年左右。根据资料记载,1#机组第3次例行大修时,管外壁减薄程度较轻,但在第4次例行大修时发现管外壁减薄程度加深,在2010年5月第5次例行大修时发现部分钛管外壁减薄现象相当明显。各机组凝汽器缺陷管主要分布在冷凝管塔式分布的最外侧。据专业人员介绍,大修后对缺陷管抽管检查后发现,管壁减薄主要集中在支撑板处,减薄位置和减薄程度各不相同。如果让异常减薄缺陷管继续运行,有可能引起管穿孔的泄漏事件。 2.背景描述 凝汽器是大型汽轮机循环设备中的重要环节。其中的冷凝管起到将蒸汽凝结成水的作用,是凝汽器中的核心部件。冷凝管一旦发生破损将导致冷却水泄露并污染循环水,从而会对整个系统的正常运行造成严重影响。因此冷凝管的选材质量决定了凝汽器的安全可靠性与使用寿命。工业纯钛作为冷凝管最常用的材料,具有良好的力学性能与耐蚀性能。在复杂运行工况下,纯钛材料仍有可能发生磨损、腐蚀等常见的材料失效现象,引发冷凝管破损并导致冷却水泄露并污染循环水,由此对凝汽器的正常运行带来安全隐患。若不找到这一过早失效的真正起因,并采取有效的防护措施,最终必将导致钛管泄漏,不但经济损失巨大,甚至有可能引发重大安全事故。 国内关于凝汽器钛管的案例的产生原因大致可分为以下几类： 第一类,由于相关方面施工建造时就存在不当操作或不当设计导致运行中出现落物砸伤或凝汽器自身运行故障。如国华太仓发电超临界机组发生凝汽器钛管泄露导致冷凝水水质不合格,其原因在于上部低压加热器表面隔板未按规定安装,导致隔板掉落砸伤引起泄露。再如未充分考虑到钛管共振问题由于钛管本身管壁极薄(0.5mm到0.7mm),强烈的震动极易导致铁管破裂引起泄露,这点在宝钢电厂与大亚湾核电站的运行中已经得到了证实此外还存在着钛管板间焊接质量不良，