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  2. 分享 | 材料失效類型與機理
    2024-04-16 13:56:41 作者:材易通 來源:材易通 分享至:

     

    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:
    1. 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。
    2. 在每次循環中,宏觀裂紋都會不斷增長,直至達到臨界長度。
    3. 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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