断口分析的重要性

(1)断口分析在工程实践中的重要性 在对断裂失效长期的分析和研究中,人们总结归纳出的失效分析技术。

断裂失效分析可分为残骸分析、参数分析和资料分析。残骸分析包括断口分析、裂纹分析、痕迹分析。参数分析包括力学、环境、材料性能等参数的分析。资料(案例)分析是参考已有案例进行分析,包括统计、综合和专家系统分析。

在各种断裂失效分析手段中,断口分析是最主要的工具,因为断口记录了材料在载荷与环境作用下发生的不可逆变形,以及裂纹萌生和扩展直至断裂的全过程。断面的形成不仅与材料的成分、组织及试样或构件的结构有关,而且与试样或构件断裂失效过程中的受力状态和环境有关,包括了试样或构件断裂失效过程中的大量信息,而且这些信息是可以分析的。因而通过断口分析可以找到断裂的原因及影响因素,因此断口分析在断裂失效分析中具有极其重要的作用,是断裂失效分析的向导,可指导断裂失效分析少走弯路。

1)断口的重要性。断口是断裂失效(事故)最主要的残骸,是断裂失效(事故)分析的物证。在有些断裂失效(事故)分析中,裂纹痕迹有时是不存在的或找不到的;另外,把裂纹打开就是断口,此时裂纹分析实际上就成了断口分析。因而,断口分析在断裂失效(事故)分析中是十分重要的。

2)断口的全息性。断口记录了从裂纹萌生、扩展直到断裂的全过程,是全信息的。断口可以说是断裂失效(事故)的“第一裂纹”,而其他裂纹可能是第二甚至第三生成的。第一与第二裂纹的模式、原因和机理有时是相同的,有时是不同的,也就是说裂纹有可能只记录了断裂后期的信息,因此断口分析在断裂失效(事故)分析中具有核心的地位和作用。

3)断口有时具有唯一性。断口有时是断裂失效(事故)唯一的“物证”,人证有时是不可靠的,只能作为辅助信息或证据。

4)断口信息的可分析性。利用现代分析技术和方法,断口包含的信息是可以“破译”的,分析断口可以获取失效的信息。

(2)断口分析在理论研究中的重要性 由于断口上所记录的各种信息是断裂力学、断裂化学、断裂物理等诸方面的内外因素综合作用的结果,对断口由定性到定量的精确分析,对断裂机理的深入研究必然推动断裂物理、断裂化学、断裂力学的发展。

可以说,断口学也是金属物理学、断裂物理、断裂化学、断裂力学等学科的重要知识来源;断口学是断裂力学和断裂物理这两门学科之间的桥梁,是把断裂宏观判据与微观组织参量联系起来的必要手段。

在金属物理学方面,断口给出了金属韧性和脆性的判别标准;通过断口形貌可以确定转变温度,断口还可以给出晶体生长情况及显示生长中出现的缺陷;有些断口还显示了三维晶粒形貌;另外从断口上还可以看出夹杂物高温分解反应的痕迹等。

断口学也为断裂力学的一些理论提供了依据。例如:塑性裂纹尖端的伸张区就可以从断口上观察到;韧性断裂的微观形貌韧窝反映了裂纹尖端的应力状态,对韧窝形状的详细分析就可以对裂纹尖端的局部应变状态有深刻的理解,这对韧性断裂力学有着十分重要的理论价值。

断口上的疲劳条带是裂纹瞬时扩展的前沿线,这对于研究疲劳裂纹的形态、裂纹尖端与材料的相互作用及裂纹扩展速度、方向是很有意义的。瓦纳线是脆性材料中裂纹快速扩展时裂纹尖端与弹性冲击波相互干涉的结果,因此是研究脆性裂纹扩展及断裂过程中弹性波物理作用的重要依据。对于断裂源区精细结构的观察,可以揭示裂纹形核的一些规律。

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