材料失效類型與機理！
2022-05-06 11:56:25
作者：熱處理生態圈 來源：熱處理生態圈
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結構力學的一個最重要的任務之一，就是防止設計的結構“失效”。
失效的形式有很多，最常見有：靜態失效、疲勞
靜態失效
靜態失效是指，材料隨的載荷超過了“極限強度”。
極限強度本質是一個“應力值”，因此，微觀地講，當材料中某一點處的主應力值大于極限強度時，該點處的材料就已經開始靜態失效了。
為什么會有極限強度這種東西？我們學過材料力學的同學了解，材料作拉伸測試可以得到應力應變曲線——
脆性材料（紅）和塑性材料（藍）的拉力試驗
圖中紅線與藍線分別代表兩類材料。“x”符號的位置就表示“極限強度”。
對于脆性材料（紅線），應力達到極限強度時，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，也就是說極限強度一般不大）
對于塑性材料（藍線），達到圖中所示的屈服極限后，發生較大的形變，但是不斷裂，直至達到極限強度才斷裂。
關于應力應變曲線，有非常有趣和易于記憶的解讀——
理解材料力學：應力應變曲線——自我提升之四大階段
思考一個有趣的問題：結構中有一點達到了極強強度，是不是結構就一定會失效呢？
也不完全對。許多情況下，某些點發生了斷裂，常常是由于裝配精度過低，導致該部分“受到了超過它本來所要承擔的任務量”，以至于斷裂，但其它結構也會順勢補充上來，承擔更多的受力。比如鋼索橋梁，一根鋼索的斷裂往往是因為調試失誤，將該鋼索過分預緊了，而它的斷裂并不會導致橋梁倒塌，而是由其它鋼索補位。
疲勞
是不是結構不超過極限強度就OK了呢？不僅不是，而且這種想法往往會很危險！
因為結構失效最主要的形式，其它是——“疲勞”！
不僅人容易疲勞，材料也會！
疲勞失效中，很有可能受到的應力都“遠小于極限強度”！但是，這個應力可不一般，它是“循環應力”，凡事一上周期性與頻率扯上關系就不簡單！
循環載荷
材料疲勞三階段：
在多次循環作用下，材料損傷在微觀層面不斷發展，直到形成宏觀裂紋。
在每次循環中，宏觀裂紋都會不斷增長，直至達到臨界長度。
當出現裂紋的組件無法繼續承受峰值載荷時，就會發生斷裂。
后面兩階段一般劃到“斷裂力學”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律，還可能是隨機性的，這又增加了分析難度。
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