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分享 | 材料失效類型與機理

2024-04-09 15:59:59 作者：材易通來源：材易通分享至：

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“極限強度”。

極限強度本質(zhì)是一個“應(yīng)力值”，因此，微觀地講，當(dāng)材料中某一點處的主應(yīng)力值大于極限強度時，該點處的材料就已經(jīng)開始靜態(tài)失效了。

為什么會有極限強度這種東西？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）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(yīng)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(fā)生較大的形變，但是不斷裂，直至達到極限強度才斷裂。

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)中有一點達到了極強強度，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為調(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，而是由其它鋼索補位。

疲勞

是不是結(jié)構(gòu)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(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“遠小于極限強度”！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！