失效分析

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1.2.1 发展历程
【失效事故】 以蒸汽动力和大机器生产为代表的工业革命给人类带来巨大物质文明的同时， 也不可避免地给人类带来了前所未闻的灾难。 【失效仲裁】 英国于1862年建立了世界上第一个蒸汽锅炉监察局，把失效分析作为仲裁事故 的法律手段和提高产品质量的技术手段。随后在工业化国家中，对效产品进行分析 的机构相继出现。
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1.2.1 发展历程
【学科发展】（现代失效分析阶段） ——数理统计 20世纪50年代，随着电子工业兴起，首先在电子产品领域里将失效分析的成果 应用于产品的可靠性设计，它以数理统计为基础，使得失效分析进入了一个新阶段。 ——材料学与力学 由于科学技术发展突飞猛进，作为失效分析基础学科的材料科学与力学的迅猛 发展，断口观察仪器的长足进步，特别是分辨率高、放大倍数大、景深长的扫描电 子显微镜的先后问世，为失效分析技术向纵深发展创造了条件，铺平了道路，并取 得了辉煌的成果。 ——失效事故 由于大型运载工具尤其是航空装备的广泛应用，各种失效造成的事故越来越大， 影响越来越严重，反过来又大大促使了失效分析的迅猛发展。近半个世纪所积累的 失效分析知识与技术，千百倍于失效分析前两个阶段的总和。
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1.1.6 备注说明/期望
不要轻视行为，因为行为会形成习惯 不要轻视习惯，因为习惯会形成性格 不要轻视性格，因为性格会决定命运 真正的命运就是由无数无知的机遇性而偶成的现实性 命运青睐那些时刻有准备的人
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1.2 学科发展
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1.1.3 讲授内容
课程内容（教材《失效分析》目录共四篇十五章）
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《失Hale Waihona Puke Baidu分析》课程教学
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1.1.3 讲授内容
课程内容（参考教材《失效分析》目录）
第一篇 第二篇 第三篇 第四篇 失效分析基础篇（共四讲） 失效分析理论篇（共四讲） 失效分析实践篇（共四讲） 失效分析案例篇（共四讲）
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1.2.1 发展历程
【学科发展】 （近代失效阶段） 在这一时期，失效分析也大大推动了相关学科特别是推动和促进了强度理论和 断裂力学学科的创立和发展。 通过对大量锅炉爆炸和桥梁断裂事故的研究，Charpy发明了摆锤冲击试验机， 用以检验金属材料的韧性；（韧性）
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1.1.2 课程概述

研究对象 研究目的 研究任务 研究内容 研究方法 研究历程 研究成果
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1.1.2 课程概述
【研究对象】 产品（功能、质量 、故障、性能、经济）（质量、环境、安全三个代表） 【研究目的】 确定失效分析的对象（肇事件或首先失效件），判断失效件的失效模式，找出 引发失效的原因，提出改进措施或者预防措施，以防止同类事故件再次发生，保障 机械构件的使用安全。 【研究内容】 失效模式、失效原因、失效机理、失效控制 【研究任务】 模式准确、原因明确、机理清楚、措施得力、模拟再现、举一反三 【研究方法】 理论与实验、定性与定量、宏观与微观、单项与综合 （化学成分、组织结构、力学性能） 【研究历程】 电子显微镜、系统科学理论、材料学、力学 【研究成果】 失效分析学科及其分支
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1.2.1 发展历程
【强调说明】（近代失效阶段） 然而由于科学技术的限制，这一时期虽然有失效分析的专门机构，但其分析手 段仅限于宏观痕迹以及对材质的宏观监测，如1908年的第一次正式飞行事故调查， 其事故结论是螺旋桨桨叶折断，打断了垂尾的张线，使飞机失去操纵而坠毁，当时 的证据只不过是铝合金张线上抹有桨叶上的漆。 因此这一时期的失效分析虽得到很大发展，但人们不可能从宏、微观上揭示产 品失败的物理本质与化学本质。 这一问题的解决也只是在电子显微学及其其他相关学科得到高速发展后才能成 为可能。因此从工业革命到20世纪50年代末电子显微学取得长足进步前，可看作失 效分析发展的第二阶段，即以大机器工业为基础的近代失效分析阶段。
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1.2.1 发展历程
【两个时期】 从20世纪50年代开始的现代失效分析阶段到目前为止可细分为两个时期。 （现代失效分析阶段）（三个阶段、两个时期） ——第二时期
随着科学技术和制造水平的不断进步，尤其是断裂力学、损伤力学、 产品可靠性及损伤容限设计思想的应用和发展，使得产品的可靠性越来越 高，产品失效引起的恶性事故数量相对减少但危害及影响越来越大，产品 失效的原因很少是由于某一特定的因素所致，均呈现复杂的多因素特征， 这就需要从设计、力学、材料、制造工艺及使用等方面进行系统的综合性 的分析，也就需要有从事设计、力学、材料等各方面的研究人员共同参与， 其解决办法是从降低零件所受的外力(包括环境等)与提高零件所具有的抗 力两方面入手，以达到提高产品使用可靠性的目的。 从20世纪80年代中后期开始的这一时期，失效分析开始逐渐形成一个 分支学科，而不再是材料科学技术的一个附属部分。

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1.1.6 备注说明/教学

教学水平（建档）— 学术态度（严谨）— 学习目的（明确）— 工程案例（素材）—
广度、深度、强度、厚度 提出、分析、解决、强调 知识、能力、素质、实践 科学、技术、工程、系统
（质量与水平、专业与行业、技术与管理） 教师：不断学习和研究、认真备课和讲课、努力创造条件 学生：人到、心到、手到、口不到
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1.1.1 课程性质
【课程编号】 【课程类别】（专业）必修课（共性与个性） 【课程名称】失效分析（Failure Analysis） 【学时学分】40学时/2.5学分（32+8） 【先修课程】材料力学，断裂与疲劳等 【适用专业】安全工程，土木工程，机械工程，材料科学，工程力学等 【使用教材】 张栋，钟培道，陶春虎，等.失效分析（M）.北京：国防工业出版社，2005. 【参考教材】 孙智，江利，应鹏展.失效分析—基础与应用（M）.北京：机械工业出版社，2005. 【开课院系】工程学院安全工程系 【主讲教师】伍颖
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1.1.5 教学思想

力求内容简洁、丰富，层次分明、清晰，结构完整、严密。 力求理论和实践相结合、技术和方法相结合、教学和科研相结合。 力求系统、正统阐述该学科发展的历程、内容和最新成果。 力求博采精选，融会贯通；章节独立，各成体系；简明扼要，深入浅出； 分析应用，相辅相成。 教材是体现教学内容和教学要求的知识载体，是进行教学的基本工具，是 提高教学质量的根本保证。不遗余力促进和促成教材《失效分析》的编写 和出版工作。
《失效分析》
第一讲 绪论
（主讲：伍颖）
中国地质大学（武汉）风险工程研究所 中国地质大学（武汉）失效分析实验室
本讲内容
1.1 课程描述
1.2 学科发展
1.3 工程案例
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1.1 课程描述
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 课程性质 课程简介 讲授内容 成绩评定 教学思想 备注说明
失效致因 痕迹分析 裂纹分析 断口分析 失效评估
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1.1.3 讲授内容
第三篇 失效分析实践篇（共四讲）

断裂失效分析 腐蚀失效分析 磨损失效分析 变形失效分析
变形、断裂、磨损、腐蚀、变形是材料或构件主要的失效模式
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1.2.1 发展历程
【两个时期】 从20世纪50年代开始的现代失效分析阶段到目前为止可细分为两个时期。 （现代失效分析阶段）（三个阶段、两个时期） ——第一时期 从60年代到80年代中期为第一时期。在这一时期，由于扫描电子显微镜的问世， 使粗糙断口在高倍下的直接观察成为可能，因而其失效分析基本上围绕断裂特征和 性质分析来进行的。加之在20世纪60年代之前所进行的失效分析基本上限于材料的 组织和性能分析、宏观的痕迹分析和材质的冶金检验，因此这一时期的失效分析大 多从材质冶金等方面去寻找引起断裂失效原因，而对失效件的力学分析则认为是结 构设计考虑的问题，失效分析的学术活动及其学术组织也都附属于材料学科或理化 检测领域。1974年在南京召开的材料金相学术讨论会上，第一次设立了失效分析的 分会场。
Wohler通过对1852年-1870年期间火车轮轴断裂失效的分析研究，揭示出金属 的“疲劳”现象，并成功地研制了世界生第一台疲劳试验机； （疲劳）
20世纪20年代，Griffith通过对大量脆性断裂事故的研究，提出了金属材料的 脆断理论；在1940年-1950年间发生的北极星导弹爆炸事故、第二次世界大战期间 的“自由轮”脆性断裂事故，大大推动了人们对带裂纹体在低应力下断裂的研究， 从而在20世纪50年代中后期产生了断裂力学这一新型学科。 （低应力脆性断裂）
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1.1.1 课程性质
【课程简介】 失效分析是认识事物本质和发展规律的逆向思维和探索，是变失效为安全的基 本环节和关键，是深化对客观事物的认识源头和途径。 阐述了失效分析的历史发展、基本内涵以及失效分析的基本理论和方法，阐明 了机电产品的主要失效模式和机理,主要包括裂纹、断口、痕迹分析技术和失效评 估以及断裂、腐蚀、磨损、老化的失效分析。 本课程主要论述失效分析工程学的观点和方法及金属构件在使用过程中发生断 裂、磨损、腐蚀失效的形貌特征、影响因素、预防措施及分析方法。
1.2.1 发展历程 1.2.2 分支学科 1.2.3 相关学科 1.2.4 发展趋势 1.2.5 工程地位
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1.2.1 发展历程
【历程划分】 失效分析的发展历程，大体经历了三个重要的历史阶段： 简单手工业基础相适应的古代失效分析 大机器工业基础相适应的近代失效分析（机械化、电气化）20世纪50年代 系统科学理论为指导的 现代失效分析（自动化、智能化） 20世纪80年代
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1.1.3 讲授内容
第四篇 失效分析案例篇（共四讲）

金属材料疲劳断口失效分析 非金属构件 失效分析 电子元器件 失效分析
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1.1.4 成绩评定
【成绩评定】 ——平时成绩 占总评成绩的比例为50%。（备注：其中考勤占32%，以签到为准； 实验占8%，以实验报告为准；考核（态度、提问和笔记）占10%，以老 师记录为准；） ——考试成绩 占总评成绩的比例为50%，以试卷成绩为准。 ——评定成绩 （两者取高） 【考试方式】 闭（开）卷笔试
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1.1.6 备注说明/问题
【问题1】打架问题 牛顿定律提出后，有甲打了乙一拳，乙将甲告到法院，在辩论时，甲说：根据作用 力与反作用力，我打了乙一拳，同时，他也打了我一拳，不存在谁打了谁。法官只好请 教牛顿。 【问题2】脆断问题（低应力） 【问题3】袜子问题 【问题4】玻璃问题 【问题5】铁丝问题 【问题6】打折问题（买一百送一百） 【问题7】打鸟问题 【问题8】非典问题 预防非典，人人有责（太太） 预防非典，太太有责（先生） 预防非典，大人有责（小孩）
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1.1.3 讲授内容
第一篇 失效分析基础篇（共四讲）

基本概念 专业术语 学科领域 思路方法
专业人员、专业术语、专业方法、专业标准、专业问题、专业成果
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1.1.3 讲授内容
第二篇 失效分析理论篇（共四讲）

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1.1.4 成绩评定
【考试题型】 ——基础题（概念、理论、技能三基部分） （40分） 01-05为填空题，每空1分，每题4分； 06-10为判断题，请判断命题正误（每题1分）并说明理由（每题3分），共计 每题4分。 ——综合题（梯度、广度、深度三度部分） （30分） 11-12为简答题，每题5分；13-14题为论述题，每题10分。 ——案例题（疑点、重点、难点三点部分） （30分）