失效分析ppt教学课件
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可靠性分析--失效分析-PPT
失效分析的对象可以是一个完整的电子产品设备，一块 单板也可以是一个元器件，但制定分析程序的基本原则 是一致的。如下：
先方案后操作 先安检后通电 先弱点后强点 先静态后动态 先外部后内部 先宏观后微观
先外设后主机 先电源后负载 先一般后特殊 先公用后专用 先简单后复杂 先主要后次要 先断电后换件 先无损后破坏 最后一定要对每一项工作做好认真的笔记，以提高失效分
• 失效分析
失效分析(Failure Analysis)的定义
失效分析是通过对失效的元器件进行必要的电、物 理、化学检测，并结合元器件失效前后的具体情况 进行 技术分析，以确定元器件的失效模式、失效机 理和造成 失效的原因。 失效分析既要从本质上研究元器件自身的 不可靠性 因素，又要分析研究其工作条件、环境应力和 时间 等因素对器件发生失效所产生的影响。 失效分析在 可靠性设计、材料选择、工艺制造和使 用维护等方面都 为有关人员提供各种科学依据。
提出预防措施及设计改进方法 根据机理分析，提出消除产生失效的办法和建议 反馈到设计、工艺、使用单位等各个方面，以便控制 乃
至完全消除主要失效模式的出现
发挥团队力量，提出防止产生失效的设想和建议 包括材料、工艺、电路设计、结构设计、筛选方法和 条
件、使用方法和条件、质量控制和管等方面
失效模式就是元器件失效的表现形式 半导体器件：开 路、短路、无功能、特性退化(劣化) 一般通过观察或 电性能测试就能发现
确定失效机理，需要选用分析、试验和观测设备对失效 样品 进行仔细分析，验证失效原因的判断是否属实。
有时需要用合格的同种元器件进行类似的破坏性试验， 观察 是否产生相似的失效现象，通过反复验证。
以失效机理的理论为指导，对失效模式、失效原因进行 理论 推理，并结合材料性质、有关设计和工艺的理论及 经验，提 出在可能的失效条件下导致该失效模式产生的 内在原因或具 体物理化学过
失效分析步骤与方法 PPT
1、摄影与光学显微术 • 本厂有0-400倍得光学显微镜与影象摄取装
置,基本上可以含盖整个分析过程需要得光 学检查
– 每个元件都需要记录一般状态得全景照片与特 殊细节得一系列照片
– 不涉及分析结果或最终结论得照片可以在报告 中不列入
拥有但不需要总比需要但没有要好
四、失效分析技术
• 光学显微镜作用
– 用来观察器件得外观及失效部位得表现形状、 分布、尺寸、组织、结构、缺陷、应力等,如观 察器件在过电应力下得各种烧毁与击穿现象,芯 片得裂缝、沾污、划伤、焊锡覆盖状况等。
例:分别用红外热像仪与液晶方法获得得失效点照片
四、失效分析技术
红外热像仪
液晶
四、失效分析技术
• 7、电子扫描(SEM)及能谱分析(EDX)
– 原理:利用阴极所发射得电子束经阳极加速,由磁 透镜聚焦后形成一束直径为几百纳米得电子束 流打到样品上激发多种信息(如二次电子,背散 射电子,俄歇电子,Ｘ射线),经收集处理,形成相应 得图象,通常使用二次电子来形成图象观察,同时 通过特征Ｘ射线可以进行化学成分得分析。
四、失效分析技术
• 高级得DE-CAP设备原理图(一般用于集成电路)
四、失效分析技术
• 6、定位技术(HOT SPOT)
– 红外热像仪,液晶探测
• 原理:将失效得芯片通电,在失效点附近会有大得漏电 通过,这部分得温度会升高,利用红外热像仪或芯片表 面涂液晶用偏振镜观察(可以找到失效点,从而可以进 一步针对失效点作分析
• 严重时失效特征很明显,芯片有明显得surge mark,甚 至会使芯片开裂,塑封体炭化等
五、器件失效机理得分析
器件失效机理得内容
– 失效模式与材料、设计、工艺得关系 – 失效模式与环境应力得关系
置,基本上可以含盖整个分析过程需要得光 学检查
– 每个元件都需要记录一般状态得全景照片与特 殊细节得一系列照片
– 不涉及分析结果或最终结论得照片可以在报告 中不列入
拥有但不需要总比需要但没有要好
四、失效分析技术
• 光学显微镜作用
– 用来观察器件得外观及失效部位得表现形状、 分布、尺寸、组织、结构、缺陷、应力等,如观 察器件在过电应力下得各种烧毁与击穿现象,芯 片得裂缝、沾污、划伤、焊锡覆盖状况等。
例:分别用红外热像仪与液晶方法获得得失效点照片
四、失效分析技术
红外热像仪
液晶
四、失效分析技术
• 7、电子扫描(SEM)及能谱分析(EDX)
– 原理:利用阴极所发射得电子束经阳极加速,由磁 透镜聚焦后形成一束直径为几百纳米得电子束 流打到样品上激发多种信息(如二次电子,背散 射电子,俄歇电子,Ｘ射线),经收集处理,形成相应 得图象,通常使用二次电子来形成图象观察,同时 通过特征Ｘ射线可以进行化学成分得分析。
四、失效分析技术
• 高级得DE-CAP设备原理图(一般用于集成电路)
四、失效分析技术
• 6、定位技术(HOT SPOT)
– 红外热像仪,液晶探测
• 原理:将失效得芯片通电,在失效点附近会有大得漏电 通过,这部分得温度会升高,利用红外热像仪或芯片表 面涂液晶用偏振镜观察(可以找到失效点,从而可以进 一步针对失效点作分析
• 严重时失效特征很明显,芯片有明显得surge mark,甚 至会使芯片开裂,塑封体炭化等
五、器件失效机理得分析
器件失效机理得内容
– 失效模式与材料、设计、工艺得关系 – 失效模式与环境应力得关系
《失效分析案例》课件
02
失效分析的方法与技术
介绍了各种失效分析的方法和技术，如外观检查、化学分析、金相切片
、扫描电子显微镜等，以及它们在失效分析中的应用。
03
失效分析案例介绍
列举了一些典型的失效分析案例，包括电子产品、机械零件、复合材料
等，详细介绍了这些案例的失效模式、失效机理和失效原因。
失效分析的展望
失效分析技术的发展趋势
案例三：材料失效
总结词
材料检测、工艺优化、热处理
详细描述
针对材料失效，进行材料检测和工艺优化是关键。通过合理的热处理和加工工艺 ，可以改善材料的性能，提高其抗失效能力。同时，加强材料保护和使用合适的 涂层也是预防材料失效的重要手段。
案例四：结构失效
01 总结词
强度不足、失稳、疲劳
02
详细描述
结构失效通常表现为强度不足 、失稳和疲劳等问题。这些失 效原因可能导致建筑物、桥梁 等结构性能下降、功能丧失或 引发安全问题。
在产品维修和保障阶段，FMEA可以用于分析产品在使用过程中可能出现的问题， 预测产品的寿命和可靠性，为维修和保障计划提供依据。
05 预防与纠正措施
电子产品失效预防与纠正措施
总结词
电子产品失效预防与 纠正措施是确保电子 产品可靠性和性能的 关键。
元器件选择
选择质量稳定、可靠 性高的元器件，避免 使用次品或假冒伪劣 产品。
详细失效分析
采用各种技术和方法，深入分 析失效机制和根本原因。
验证与实施
对改进措施进行验证，并在实 际中实施，以改善产品的可靠 性和性能。
02 失效案例选择与 介绍
案例一：电子产品失效
总结词
详细描述
总结词
详细描述
失效分析的思路和方法课件
详细描述
02
分析系统级产品的整体性能 和失效模式，研究各组成部 分之间的相互影响。
05 失效分析的展望
失效分析技术的发展趋势
01
02
03
智能化分析
利用人工智能和大数据技 术，实现失效分析的智能 化，提高分析效率和准确 性。
多学科交叉
整合物理、化学、材料科 学等多学科知识，深入研 究失效机制，揭示失效本 质。
事件树分析法
事件树分析法是一种自下而上的归纳分析方法，通过分析 基本事件的发生概率和它们之间的逻辑关系，推导出系统 事件的概率和可能结果。
事件树分析法需要确定初始事件和后续事件，通过逻辑门 将它们连接起来，形成事件树，然后对事件树进行定性和 定量分析，找出关键事件和重要事件，评估系统事件的概 率和可能结果。
可靠性工程设计
将失效分析结果纳入产品可靠性工程 设计，优化产品设计，提高产品可靠 性和寿命。
感谢您的观看
THANKS
确定失效原因和机理 ，预防类似失效再次 发生。
为设计、材料、工艺 等方面提供改进依据 。
提高产品质量和可靠 性，降低维修和保障 成本。
失效分析的基本流程
收集失效产品或部件， 了解使用环境和条件。
01
进行深入分析，如断口 观察、化学分析、金相
检查等。
03
验证改进措施的有效性 ，进行跟踪和反馈。
பைடு நூலகம்
05
进行初步检查和测试， 记录失效现象和特征。
02
确定失效原因和机理， 提出改进措施和建议。
04
02 失效分析的思路
失效模式识别
确定失效模式
通过观察、检测和实验，识别产品或 系统的失效模式，即确定失效的表现 形式。
失效分析基础课件
根据深入分析的结果， 提出针对性的改进措施 和建议，包括设计优化、 制造工艺改进、使用条 件调整等。
02
失效模式与影响分析
失效模式识别与分类
01
02
常见失效模式
失效分类
03 失效模式识别方法
失效影响评估
失效影响分析
失效后果评估
失效影响评估方法
失效模式与影响分析的实践方法
收集数据
分析失效原因
制定分析计划
对失效产品或系统进行 现场调查和检查，了解 失效的具体情况，包括 失效部位、失效形式、 失效时间等。
根据现场调查和检查的 结果，初步分析失效原 因，包括设计、制造、 使用等方面的原因。
对初步分析结果进行深 入分析，采用各种测试 手段和方法，如金相分 析、力学性能测试、化 学分析等，进一步确定 失效原因。
建立分析模型
提出改进措施
03
失效原因分析与预防措施
失效原因分析方法
故障树分析法 失效模式与影响分析法 原因分析法
常见失效原因及其应对措施
机械疲劳
磨损
腐蚀
老化
预防措施制定与实施
制定预防措施
实施预防措施 监控与评估
04
失效分析技术在产品质量改进中的应用
产品质量ห้องสมุดไป่ตู้进的重要性
提高产品竞争力
优质的产品能够满足客户需求， 提高市场占有率，为企业带来更
05
失效分析技术的发展趋势与挑战
失效分析技术的发展趋势
智能化和自动化
1
多学科交叉
2
在线监测和预测
3
失效分析面临的挑战与困难
数据获取和处理
01
失效模式识别
02
失效原因分析
失效分析案例ppt课件
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风电塔架的失效分析
ppt精选版
1
失效分析思路
• 调查收集背景资料 • 试样检验分析：材料的化学成分，金相组织，力学性能等 • 深入分析：断口的宏观及微观形貌分析，无损探伤检查等 • 综合分析归纳，确定失效原因 • 结论 • 改进措施
ppt精选版
2
目录
8
2.2 断口形貌
1、宏观形貌分析
图4 塔筒内部裂纹宏观形貌照片
失效风电塔架的塔筒内部裂纹宏观形貌： • 裂纹的早期扩展阶段，裂纹扩展平稳，属于慢应变速率条件下的宏
观脆性断裂。（图4上） • 裂纹扩展的末期（即裂纹末端），裂纹起伏台阶特征明显，表明裂
纹扩展进入复杂应力区p，pt精但选尚版 未进入失稳快速扩展阶段。（图4下）9
ppt精选版
4
图1 失效的风电塔架
图2 环焊缝17#的开裂
经过近三年的运行该塔于2010年1月塔身的第17道环焊缝（自上 而下）发生开裂。经宏观观察，裂纹长2500mm，最大张开处张 开50mm（图2）。随后进行抢修及失效分析。
ppt精选版
5
2、失效分析
2.1材料特性
2.2断口形貌 宏观形貌分析 微观形貌分析
1、宏观形貌分析
图5 塔筒外部裂纹宏观形貌照片
• 在裂纹近中段发现一处调整台阶，即裂纹源，也是重点取样与分析 部位（虚线框所围区域）。
ppt精选版
10
1、宏观形貌分析
• 裂纹源是一个近表面的焊接 缺陷，随后疲劳扩展，断口 上的海滩花样是疲劳扩展的 依据，扩展区断口上的剪切 唇是塑性断裂的基本特征形 貌。
声波。 • 定期检查塔架，及时发现问题，解决问题。
ppt精选版
风电塔架的失效分析
ppt精选版
1
失效分析思路
• 调查收集背景资料 • 试样检验分析：材料的化学成分，金相组织，力学性能等 • 深入分析：断口的宏观及微观形貌分析，无损探伤检查等 • 综合分析归纳，确定失效原因 • 结论 • 改进措施
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目录
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2.2 断口形貌
1、宏观形貌分析
图4 塔筒内部裂纹宏观形貌照片
失效风电塔架的塔筒内部裂纹宏观形貌： • 裂纹的早期扩展阶段，裂纹扩展平稳，属于慢应变速率条件下的宏
观脆性断裂。（图4上） • 裂纹扩展的末期（即裂纹末端），裂纹起伏台阶特征明显，表明裂
纹扩展进入复杂应力区p，pt精但选尚版 未进入失稳快速扩展阶段。（图4下）9
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图1 失效的风电塔架
图2 环焊缝17#的开裂
经过近三年的运行该塔于2010年1月塔身的第17道环焊缝（自上 而下）发生开裂。经宏观观察，裂纹长2500mm，最大张开处张 开50mm（图2）。随后进行抢修及失效分析。
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2、失效分析
2.1材料特性
2.2断口形貌 宏观形貌分析 微观形貌分析
1、宏观形貌分析
图5 塔筒外部裂纹宏观形貌照片
• 在裂纹近中段发现一处调整台阶，即裂纹源，也是重点取样与分析 部位（虚线框所围区域）。
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10
1、宏观形貌分析
• 裂纹源是一个近表面的焊接 缺陷，随后疲劳扩展，断口 上的海滩花样是疲劳扩展的 依据，扩展区断口上的剪切 唇是塑性断裂的基本特征形 貌。
声波。 • 定期检查塔架，及时发现问题，解决问题。
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第一章机械零件的失效分析ppt课件
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
美国1983年统计：零件失效造成的经济损失每 年可达3400亿美元 德国：零件失效造成的损失每年可达700亿马克
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
弹性极限（ se ）： 衡量材料最大弹性 变形的抗力指标
se＝Pe / Fo 比例极限（sp）： 保证材料的弹性变 形能按正比关系变 化的最大抗力指标
sp＝PP / Fo
低碳钢拉伸时的应力应变曲线
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
二、过量变形失效
1.过量弹性变形失效及抗力指标
材料在弹性变形范围内，应力和应变遵守虎克定律
单向拉伸时的弹性模量：
Es P A
EA＝P/ε
EA：零件产生单位弹性变形所需的载荷大小
刚度：零件抵抗弹性变形的能力
➢经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
屈服极限（sS ＝Ps / Fo）：材料抵抗起始塑性 变形的抗力指标 为避免零件发生塑性变形或发生过量塑性变形失 效，产品设计时应以屈服极限为依据
加工硬化：由塑性变形导致的材料强度 升高、塑性降低现象
《失效分析》PPT课件
弹性变形失效 疲劳断裂失效 磨损失效 蠕变失效
电子元件的失效模式通过废次品、早期失 效、试验失效等形式表现出来 。
由于软件的错误导致系统输出不满足规定的
要求，称为软件失效。 通常由软件的内在缺陷即软件故障引起。
软件的失效模式具有如下特点： 软件的失效主要由设计缺陷造成，与拷贝无关； 软件没有磨损现象； 软件通过纠错其可靠性随时间可能提高； 软件的可靠性与其使用的环境没有直接的关系； 同样的软件在同样的条件下发生失效，不能通过
2
…
n
ti
t1
t2
…
tn
F(ti)
F(t1)
F(t2)
…
F(tn)
b. 估计累积分布函数F(ti) 当产品数n≤20时 F(ti)=i/(n+1) (平均秩) F(ti)=(i-0.3)/(n+0.4) (中位秩)
当产品数n>20时 F(ti)=i/n
c. 以失效时间ti为横坐标，R(ti)为纵坐标，在直角坐 标系中作图，并连成光滑曲线，得到可靠度函数曲线。
将区间（-∞，∞）根据具体情况分为k个不相交的 区间：（a1,a2]，（a2,a3]，…，(ak,ak+1)。
子样观测值x1、x2、…、xn落在第i个区间(ai,ai+1) 的个数mi称为第i个区间的实际频数，mi/n为相应的频 率。在第i个区间内的理论概率pi由下式决定
pi=P(ai<x≤ai+1)=F0(ai+1)- F0(ai), i=1,2,…,k npi称为第i个区间内的理论频数.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其中计算:
pi 1 exp( ti/ 293) 1 exp( ti1/ 293)
2 k (mi npi )2 36.905
电子元件的失效模式通过废次品、早期失 效、试验失效等形式表现出来 。
由于软件的错误导致系统输出不满足规定的
要求，称为软件失效。 通常由软件的内在缺陷即软件故障引起。
软件的失效模式具有如下特点： 软件的失效主要由设计缺陷造成，与拷贝无关； 软件没有磨损现象； 软件通过纠错其可靠性随时间可能提高； 软件的可靠性与其使用的环境没有直接的关系； 同样的软件在同样的条件下发生失效，不能通过
2
…
n
ti
t1
t2
…
tn
F(ti)
F(t1)
F(t2)
…
F(tn)
b. 估计累积分布函数F(ti) 当产品数n≤20时 F(ti)=i/(n+1) (平均秩) F(ti)=(i-0.3)/(n+0.4) (中位秩)
当产品数n>20时 F(ti)=i/n
c. 以失效时间ti为横坐标，R(ti)为纵坐标，在直角坐 标系中作图，并连成光滑曲线，得到可靠度函数曲线。
将区间（-∞，∞）根据具体情况分为k个不相交的 区间：（a1,a2]，（a2,a3]，…，(ak,ak+1)。
子样观测值x1、x2、…、xn落在第i个区间(ai,ai+1) 的个数mi称为第i个区间的实际频数，mi/n为相应的频 率。在第i个区间内的理论概率pi由下式决定
pi=P(ai<x≤ai+1)=F0(ai+1)- F0(ai), i=1,2,…,k npi称为第i个区间内的理论频数.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其中计算:
pi 1 exp( ti/ 293) 1 exp( ti1/ 293)
2 k (mi npi )2 36.905
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第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类 建立一般应力状态下强度失效 判据与设计准则的思路 单向应力状态下材料的力学行为 几种常用的强度设计准则 结论与讨论
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效分类
强度失效(Failure by Lost Strength)— 由于断裂(Rupture)或屈服(Yield)引起的失效
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效分类
屈曲失效(Failure by Buckling,Failure by Lost Stability)—由于平衡构形 的突然转变而引起的失效.
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
石油储柜屈曲失效
Elephant Foot Buckling and Diamond Shape Buckling
无裂纹体 含裂纹体
第7章 强度失效分析与设计准则
单向应力状态下 材料的力学行为
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
三种拉伸应力-应变曲线 弹性行为 屈服行为 断裂行为 硬化与软化行为 拉延行为 卸载与重新加载行为 单向压缩应力状态下材料的力学行为 单向应力状态下材料的失效判据
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
直径D=1118mm, 壁厚h=14.7mm, 压力p=10MPa, 钢材X70;
st s
m
l
st
pD＝10 1118
2 2 14.7
380MPa
s
SDR=D/h=1118/14.7=76
工程上采用外直径，标准化和设计偏于安全
第7章 强度失效分析与设计准则
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
三种拉伸应力应变曲线
脆性材料 （铸铁、陶瓷
三种拉伸应力应变曲线
韧性材料 （金属）
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
三种拉伸应力应变曲线
聚合物材料
第7章 强度失效分析与设计准则
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
刚度失效
大挠度的梁
小曲率板的突然翻转
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
塔科玛峡湾桥(1940－1940)
刚度问题
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
美国康州桥港市，高层建筑工地顶升楼板施工， 结构突然倒塌，28死，结构连接处缺陷所致
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效分类
强度失效 刚度失效 屈曲失效 疲劳失效 蠕变失效 松弛失效
第7章 强度失效分析与设计准则
建立一般应力状态下强度 失效判据与设计准则的思路
第7章 强度失效分析与设计准则 建立强度失效判据与
设计准则的思路
难点
应力状态的多样性 试验的复杂性 不可能性与可能性
O
聚合物(Polymer)
第7章 强度失效分析与设计准则
橡胶
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
三种拉伸应力应变曲线
屈断弹服裂性强阶阶化段段阶段
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
弹性行为
se 弹性极限 sp 比例极限
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
屈服行为
ss 屈服强度
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
屈服行为
条件屈服应力
s0.2
—塑性应变
等于0.2％
时的应力值
(铝,镁合金等)
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
硬化与软化行为
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
失效的概念与分类
强度失效
1989年，前苏联乌拉尔山，输气管爆裂，死伤1024人
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
西气东输管道线路走向示意图
库尔勒 轮南
鄯善 哈密 柳园
涩北
北京
武威
榆林
甘塘 中宁
柳林 石家庄
淄博
西宁 兰州
靖边 西安
长治 济南
郑州
尉氏 蚌埠
淮南
南京 上海
荆州
合肥
忠县
武汉
长4170km，10MPa内压力，穿过人口稠密区，可靠性非常重要
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
屈曲失效
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
疲劳失效 (Failure by Fatigue) — 由于交变应力的作用，初始裂纹不断 扩展而引起的脆性断裂。
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效—由于材料的力学行为而使
构件丧失正常功能的现象.
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效—由于材料的力学行为而使
构件丧失正常功能的现象.
1983,北京中国社科院科研楼工地脚手架,高54米，长17米， 重56吨，距地面5-6米处突然弯弓倒塌，5死7伤，结构缺陷失稳
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
管道的全尺寸爆裂实验现场
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
桥梁与结构震害
阪神高速公路神户段 内高架桥部分倾覆
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
桥梁与结构震害
a.墙式桥墩在施工缝处剪切破坏 b.独柱墩弯剪破坏 钢筋混凝土桥墩严重破坏情况
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效分类
刚度失效(Failure by Lost Rigidity)— 由于过量的弹性变形引起的失效.
1988,美国Aloha 737飞机断裂，原因是使用19年，国 内航线的大量起落载荷循环,导致零件疲劳失效。
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
蠕变失效 (Failure by Creep)—在一定 的温度下，应力保持不变，应变随着时间 的增加而增加，最终导致构件失效。
松弛失效(Failure by Relaxation)—在 一定的温度下，应变保持不变，应力随着 时间增加而降低，从而导致构件失效。
第7章 强度失效分析与设计准则 建立强度失效判据与
设计准则的思路
不可能性与可能性
逐一由试验建立失效判据的不可能性； 对于相同的失效形式建立失效原因
假说的可能性； 利用拉伸试验的结果建立复杂应力
状态下的失效判据
第7章 强度失效分析与设计准则 建立强度失效判据与
设计准则的思路
两种强度失效形式
(1) 屈 服 (2) 断 裂
失效的概念与分类 建立一般应力状态下强度失效 判据与设计准则的思路 单向应力状态下材料的力学行为 几种常用的强度设计准则 结论与讨论
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效分类
强度失效(Failure by Lost Strength)— 由于断裂(Rupture)或屈服(Yield)引起的失效
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效分类
屈曲失效(Failure by Buckling,Failure by Lost Stability)—由于平衡构形 的突然转变而引起的失效.
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
石油储柜屈曲失效
Elephant Foot Buckling and Diamond Shape Buckling
无裂纹体 含裂纹体
第7章 强度失效分析与设计准则
单向应力状态下 材料的力学行为
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
三种拉伸应力-应变曲线 弹性行为 屈服行为 断裂行为 硬化与软化行为 拉延行为 卸载与重新加载行为 单向压缩应力状态下材料的力学行为 单向应力状态下材料的失效判据
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
直径D=1118mm, 壁厚h=14.7mm, 压力p=10MPa, 钢材X70;
st s
m
l
st
pD＝10 1118
2 2 14.7
380MPa
s
SDR=D/h=1118/14.7=76
工程上采用外直径，标准化和设计偏于安全
第7章 强度失效分析与设计准则
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
三种拉伸应力应变曲线
脆性材料 （铸铁、陶瓷
三种拉伸应力应变曲线
韧性材料 （金属）
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
三种拉伸应力应变曲线
聚合物材料
第7章 强度失效分析与设计准则
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
刚度失效
大挠度的梁
小曲率板的突然翻转
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
塔科玛峡湾桥(1940－1940)
刚度问题
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
美国康州桥港市，高层建筑工地顶升楼板施工， 结构突然倒塌，28死，结构连接处缺陷所致
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效分类
强度失效 刚度失效 屈曲失效 疲劳失效 蠕变失效 松弛失效
第7章 强度失效分析与设计准则
建立一般应力状态下强度 失效判据与设计准则的思路
第7章 强度失效分析与设计准则 建立强度失效判据与
设计准则的思路
难点
应力状态的多样性 试验的复杂性 不可能性与可能性
O
聚合物(Polymer)
第7章 强度失效分析与设计准则
橡胶
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
三种拉伸应力应变曲线
屈断弹服裂性强阶阶化段段阶段
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
弹性行为
se 弹性极限 sp 比例极限
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
屈服行为
ss 屈服强度
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
屈服行为
条件屈服应力
s0.2
—塑性应变
等于0.2％
时的应力值
(铝,镁合金等)
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
材料的力学行为
硬化与软化行为
第7章 强度失效分析与设计准则 单向应力状态下
失效的概念与分类
强度失效
1989年，前苏联乌拉尔山，输气管爆裂，死伤1024人
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
西气东输管道线路走向示意图
库尔勒 轮南
鄯善 哈密 柳园
涩北
北京
武威
榆林
甘塘 中宁
柳林 石家庄
淄博
西宁 兰州
靖边 西安
长治 济南
郑州
尉氏 蚌埠
淮南
南京 上海
荆州
合肥
忠县
武汉
长4170km，10MPa内压力，穿过人口稠密区，可靠性非常重要
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
屈曲失效
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
疲劳失效 (Failure by Fatigue) — 由于交变应力的作用，初始裂纹不断 扩展而引起的脆性断裂。
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效—由于材料的力学行为而使
构件丧失正常功能的现象.
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效—由于材料的力学行为而使
构件丧失正常功能的现象.
1983,北京中国社科院科研楼工地脚手架,高54米，长17米， 重56吨，距地面5-6米处突然弯弓倒塌，5死7伤，结构缺陷失稳
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
管道的全尺寸爆裂实验现场
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
桥梁与结构震害
阪神高速公路神户段 内高架桥部分倾覆
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
桥梁与结构震害
a.墙式桥墩在施工缝处剪切破坏 b.独柱墩弯剪破坏 钢筋混凝土桥墩严重破坏情况
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
失效分类
刚度失效(Failure by Lost Rigidity)— 由于过量的弹性变形引起的失效.
1988,美国Aloha 737飞机断裂，原因是使用19年，国 内航线的大量起落载荷循环,导致零件疲劳失效。
第7章 强度失效分析与设计准则
失效的概念与分类
蠕变失效 (Failure by Creep)—在一定 的温度下，应力保持不变，应变随着时间 的增加而增加，最终导致构件失效。
松弛失效(Failure by Relaxation)—在 一定的温度下，应变保持不变，应力随着 时间增加而降低，从而导致构件失效。
第7章 强度失效分析与设计准则 建立强度失效判据与
设计准则的思路
不可能性与可能性
逐一由试验建立失效判据的不可能性； 对于相同的失效形式建立失效原因
假说的可能性； 利用拉伸试验的结果建立复杂应力
状态下的失效判据
第7章 强度失效分析与设计准则 建立强度失效判据与
设计准则的思路
两种强度失效形式
(1) 屈 服 (2) 断 裂