材料失效類型與機(jī)理！
2022-05-06 11:56:25
作者：熱處理生態(tài)圈 來源：熱處理生態(tài)圈
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結(jié)構(gòu)力學(xué)的一個最重要的任務(wù)之一，就是防止設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)“失效”。
失效的形式有很多，最常見有：靜態(tài)失效、疲勞
靜態(tài)失效
靜態(tài)失效是指，材料隨的載荷超過了“極限強(qiáng)度”。
極限強(qiáng)度本質(zhì)是一個“應(yīng)力值”，因此，微觀地講，當(dāng)材料中某一點(diǎn)處的主應(yīng)力值大于極限強(qiáng)度時，該點(diǎn)處的材料就已經(jīng)開始靜態(tài)失效了。
為什么會有極限強(qiáng)度這種東西？我們學(xué)過材料力學(xué)的同學(xué)了解，材料作拉伸測試可以得到應(yīng)力應(yīng)變曲線——
脆性材料（紅）和塑性材料（藍(lán)）的拉力試驗(yàn)
圖中紅線與藍(lán)線分別代表兩類材料。“x”符號的位置就表示“極限強(qiáng)度”。
對于脆性材料（紅線），應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度時，直接斷裂，比如玻璃就是典型的脆性材料。
（一般來說，脆性材料都不太抗拉，也就是說極限強(qiáng)度一般不大）
對于塑性材料（藍(lán)線），達(dá)到圖中所示的屈服極限后，發(fā)生較大的形變，但是不斷裂，直至達(dá)到極限強(qiáng)度才斷裂。
關(guān)于應(yīng)力應(yīng)變曲線，有非常有趣和易于記憶的解讀——
理解材料力學(xué)：應(yīng)力應(yīng)變曲線——自我提升之四大階段
思考一個有趣的問題：結(jié)構(gòu)中有一點(diǎn)達(dá)到了極強(qiáng)強(qiáng)度，是不是結(jié)構(gòu)就一定會失效呢？
也不完全對。許多情況下，某些點(diǎn)發(fā)生了斷裂，常常是由于裝配精度過低，導(dǎo)致該部分“受到了超過它本來所要承擔(dān)的任務(wù)量”，以至于斷裂，但其它結(jié)構(gòu)也會順勢補(bǔ)充上來，承擔(dān)更多的受力。比如鋼索橋梁，一根鋼索的斷裂往往是因?yàn)檎{(diào)試失誤，將該鋼索過分預(yù)緊了，而它的斷裂并不會導(dǎo)致橋梁倒塌，而是由其它鋼索補(bǔ)位。
疲勞
是不是結(jié)構(gòu)不超過極限強(qiáng)度就OK了呢？不僅不是，而且這種想法往往會很危險(xiǎn)！
因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)失效最主要的形式，其它是——“疲勞”！
不僅人容易疲勞，材料也會！
疲勞失效中，很有可能受到的應(yīng)力都“遠(yuǎn)小于極限強(qiáng)度”！但是，這個應(yīng)力可不一般，它是“循環(huán)應(yīng)力”，凡事一上周期性與頻率扯上關(guān)系就不簡單！
循環(huán)載荷
材料疲勞三階段：
在多次循環(huán)作用下，材料損傷在微觀層面不斷發(fā)展，直到形成宏觀裂紋。
在每次循環(huán)中，宏觀裂紋都會不斷增長，直至達(dá)到臨界長度。
當(dāng)出現(xiàn)裂紋的組件無法繼續(xù)承受峰值載荷時，就會發(fā)生斷裂。
后面兩階段一般劃到“斷裂力學(xué)”中研究，我們常說的“疲勞”常常僅指第一階段——小裂紋到大裂紋。
另外，外加載荷可不能保證都是像上面那樣規(guī)律，還可能是隨機(jī)性的，這又增加了分析難度。
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標(biāo)簽： 結(jié)構(gòu)力學(xué), 材料, 靜態(tài)失效
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