材料失效診斷、預(yù)測和預(yù)防

前言

　　材料是國民經(jīng)濟(jì)、社會進(jìn)步和國家安全的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)。材料技術(shù)已成為-現(xiàn)代工業(yè)、國防和高技術(shù)發(fā)展的共性基礎(chǔ)技術(shù)，是當(dāng)前最主要、發(fā)展最快（3-5科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。發(fā)展材料技術(shù)將促進(jìn)包括新材料產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，同時又將帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)的改造和產(chǎn)品的升級換代?！笆濉逼陂g，我國材料領(lǐng)域在光電子材料、特種功能材料和高性能結(jié)構(gòu)材料等方面取得了較大的突破，在一些重點方向邁入了國際先進(jìn)行列。依據(jù)國家“十一五”規(guī)劃，材料領(lǐng)域?qū)⒘⒆銍抑卮笮枨?。自主?chuàng)新、提高核心競爭力、增強(qiáng)材料領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新能力將成為戰(zhàn)略重心。納米材料與器件、信息功能材料與器件、高-新能源轉(zhuǎn)換與儲能材料、生物醫(yī)用與仿生材料、環(huán)境友好材料、重大工程及裝備用關(guān)鍵材料、基礎(chǔ)材料高性能化與綠色制備技術(shù)、材料設(shè)計與先進(jìn)制備技術(shù)將成為材料領(lǐng)域研究與發(fā)展的主導(dǎo)方向。不難看出．這些主導(dǎo)方向體現(xiàn)了材料學(xué)科一個重要發(fā)展趨勢．即材料學(xué)科正在由單純的材料科學(xué)與工程向與眾多高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域交叉融合的方向發(fā)展。材料領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步．對擔(dān)負(fù)材料科學(xué)與工程高等教育和科學(xué)研究雙重任務(wù)的高等學(xué)校提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)．為迎接這一挑戰(zhàn)。高等學(xué)校不但要擔(dān)負(fù)起材料科學(xué)與工程前沿領(lǐng)域的科學(xué)研究、知識創(chuàng)新任務(wù)。而且要擔(dān)負(fù)起培養(yǎng)能適應(yīng)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域高速發(fā)展需求的、具有新知識結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的重任。

內(nèi)容概要

　　《材料失效診斷、預(yù)測和預(yù)防》是教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會規(guī)劃教材，根據(jù)教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會相關(guān)的課程“教學(xué)基本要求”編寫。失效診斷、預(yù)測和預(yù)防是從失敗人手著眼于成功和發(fā)展的科技領(lǐng)域；是從過去入手著眼于未來和進(jìn)步的科技領(lǐng)域。材料的失效診斷、預(yù)測和預(yù)防已越來越被人們所重視。　　《材料失效診斷、預(yù)測和預(yù)防》主要闡述了材料失效診斷、預(yù)測和預(yù)防的基本概念、基本理論和方法，共分5章，第1章簡要介紹失效分析的基本概念、基本內(nèi)容、地位與作用等；第2章主要闡述斷口分析、裂紋分析、痕跡分析、腐蝕和磨損產(chǎn)物分析以及綜合分析等材料失效診斷的技術(shù)和方法；第3章主要闡明以失效模式為基礎(chǔ)的材料失效預(yù)測的基本理論和方法以及材料失效預(yù)測的力學(xué)和數(shù)學(xué)方法；第4章闡述包括斷裂、疲勞及失穩(wěn)等多種失效模式材料（構(gòu)件）的確定性和概率安全評估技術(shù)以及方法，風(fēng)險評估技術(shù)和方法；第5章闡述基于材料設(shè)計技術(shù)、機(jī)械設(shè)計技術(shù)、材料（構(gòu)件）監(jiān)檢測技術(shù)等的材料失效預(yù)防技術(shù)和方法等?！　　恫牧鲜г\斷、預(yù)測和預(yù)防》可作為高等學(xué)校材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生或研究生教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的科技人員以及高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

作者簡介

　　鐘群鵬，1934年10月28日生，浙江省上虞人，1957年7月北京航空學(xué)院（現(xiàn)北京航空航天大學(xué)前身）研究生畢業(yè)，中國工程院院士，中國工程院（機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)部常委，2002年4月至今擔(dān)任北京航空航天大學(xué)學(xué)術(shù)委員會主任?！　≡沃袊鴻C(jī)械工程學(xué)會失效分析分會理事長，中國機(jī)械工程學(xué)會常務(wù)理事，現(xiàn)任國家安全生產(chǎn)專家組專家，專家綜合組組長，專家交通運(yùn)輸組組長；原國防科工委質(zhì)量與可靠性專家組組長，中華人民共和國質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局安全技術(shù)鑒定委員會副主任，中國特種設(shè)備檢測研究院高級技術(shù)顧問，中國標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會專家、科學(xué)家，中國產(chǎn)品缺陷和安全管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會副主任等。　　主要的研究成就：40多年來一直從事機(jī)械裝備失效分析預(yù)測預(yù)防技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)研究和教學(xué)方面的學(xué)術(shù)活動，在金屬材料的韌脆轉(zhuǎn)移和冷脆斷裂機(jī)理診斷、預(yù)測和控制方面；在壓力容器、管道的失效分析、模式識別、控制參量及確定性和概率型的彈塑性斷裂安全評定技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)方面；在金屬宏微觀斷口物理數(shù)學(xué)模型和斷口的物理數(shù)學(xué)模型、定量分析方法、判據(jù)、影響因素及在重大斷裂事故分析診斷中的應(yīng)用等方面，進(jìn)行了開拓性的、比較系統(tǒng)的研究。先后發(fā)表論文150多篇，出版教材和專著30多本（部），主持參與重大事故分析和技術(shù)預(yù)防決策500多例，培養(yǎng)了50多名研究生及數(shù)百名失效分析骨干人才。創(chuàng)建了中國第一個失效分析學(xué)會，“為我國失效分析工作的開展和學(xué)科體系的建立做出了貢獻(xiàn)”（師昌緒院士的評語）。先后獲得國家級科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎2項、省部級科技進(jìn)步獎一等獎6項、二等獎3項、三等獎6項，并榮獲李薰論文一等獎1項、《機(jī)械工程學(xué)報》50周年優(yōu)秀論文獎1項（中文共50篇）、中國機(jī)械工程學(xué)會科技成就獎（終身）、《中華英才》等十大媒體評出的科技創(chuàng)新十大杰出人才獎、并榮獲全國先進(jìn)教師稱號等。

書籍目錄

第1章 概論1.1 失效與失效分析的基本概念1.1.1 失效與失效分析相關(guān)術(shù)語1.1.2 失效的分類1.2 失效分析預(yù)測預(yù)防的地位與作用1.3 失效分析預(yù)測預(yù)防的特點和屬性1.3.1 失效分析的特點和屬性1.3.2 失效分析預(yù)測預(yù)防與相關(guān)學(xué)科、技術(shù)之間的關(guān)系1.3.3 失效分析預(yù)測預(yù)防應(yīng)注意的事項和對人員素質(zhì)的要求1.3.4 失效分析預(yù)測預(yù)防的技術(shù)工作1.4 失效分析預(yù)測預(yù)防的步驟和程序1.5 失效分析預(yù)測預(yù)防的常用分析思路1.6 失效的事后處理及失效預(yù)防第2章 失效診斷技術(shù)和方法2.1 斷口診斷技術(shù)和方法2.1.1 斷口準(zhǔn)備2.1.2 斷口形貌診斷技術(shù)和方法2.1.3 斷口定量診斷技術(shù)和方法2.2 裂紋診斷技術(shù)和方法2.2.1 裂紋的無損檢測2.2.2 裂紋產(chǎn)生先后順序診斷技術(shù)和方法2.2.3 裂紋的形貌診斷2.2.4 裂紋綜合診斷2.3 痕跡診斷技術(shù)和方法2.3.1 痕跡及痕跡分析概述2.3.2 痕跡的發(fā)現(xiàn)和顯現(xiàn)技術(shù)及方法2.3.3 痕跡的提取、固定、清洗、記錄及保存技術(shù)和方法2.3.4 痕跡的鑒定2.3.5 痕跡的模擬再現(xiàn)2.3.6 痕跡的綜合分析2.4 腐蝕和磨損產(chǎn)物的診斷技術(shù)和方法2.4.1 腐蝕和磨損產(chǎn)物的形貌診斷2.4.2 腐蝕和磨損產(chǎn)物的成分診斷2.4.3 腐蝕和磨損產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)診斷2.5 綜合診斷技術(shù)和方法2.5.1 失效模式（性質(zhì)）診斷技術(shù)和方法2.5.2 失效原因診斷技術(shù)和方法2.5.3 失效機(jī)理診斷技術(shù)和方法第3章 材料失效預(yù)測學(xué)3.1 基于材料（構(gòu)件）失效模式的預(yù)測技術(shù)和方法3.1.1 金屬材料基于失效模式的預(yù)測技術(shù)和方法3.1.2 非金屬構(gòu)件的失效預(yù)測3.2 材料（結(jié)構(gòu)）失效力學(xué)預(yù)測技術(shù)和方法3.2.1 材料（結(jié)構(gòu)）失效經(jīng)典力學(xué)預(yù)測預(yù)防技術(shù)和方法3.2.2 材料（結(jié)構(gòu)）失效斷裂力學(xué)預(yù)測技術(shù)和方法3.2.3 材料（結(jié)構(gòu)）疲勞失效預(yù)測理論和方法3.2.4 材料（結(jié)構(gòu)）損傷力學(xué)失效預(yù)測技術(shù)和方法第4章 材料安全評估學(xué)4.1 概述4.1.1 安全評估的概念4.1.2 安全評估的一般原則4.1.3 失效模式的判別4.1.4 安全評估的方法的選擇4.1.5 安全評估技術(shù)的發(fā)展趨勢4.2 確定性斷裂安全評估技術(shù)和方法4.2.1 目前國內(nèi)外規(guī)范中通用失效評估曲線4.2.2 靜載條件下確定性安全評估方法4.2.3 疲勞失效確定性評定技術(shù)和方法4.2.3 其他失效模式的確定性安全評估技術(shù)和方法4.2.4 其他失效模式的確定性安全評估技術(shù)和方法4.3 概率安全評估方法4.3.1 概述4.3.2 概率安全評估中主要參數(shù)的統(tǒng)計特性分析4.3.3 靜載下（含平面缺陷）概率安全評估方法4.3.4 疲勞載荷下概率安全評估方法4.4 工業(yè)風(fēng)險評估及其主要方法和應(yīng)用4.4.1 概述4.4.2 風(fēng)險評估的主要任務(wù)4.4.3 風(fēng)險評估的主要技術(shù)和方法4.4.4 風(fēng)險評估的主要工業(yè)應(yīng)用4.4.5 風(fēng)險評估的主要進(jìn)展第5章 失效預(yù)防技術(shù)和方法5.1 失效的工程預(yù)防技術(shù)和方法5.1.1 抗斷裂失效設(shè)計技術(shù)5.1.2 制造工藝及質(zhì)量控制技術(shù)5.1.3 表面防護(hù)與強(qiáng)化工藝技術(shù)5.1.4 故障排除與修理技術(shù)5.2 抗失效的材料選擇和材料設(shè)計技術(shù)和方法5.2.1 抗變形失效材料的選擇和設(shè)計方法5.2.2 抗斷裂失效材料的選擇和設(shè)計方法5.2.3 抗腐蝕失效材料的選擇和設(shè)計方法5.2.4 抗磨損失效材料的選擇和設(shè)計方法5.3 抗失效的機(jī)械設(shè)計技術(shù)和方法5.3.1 抗脆斷設(shè)計技術(shù)和方法5.3.2 抗韌斷設(shè)計技術(shù)和方法5.3.3 抗疲勞設(shè)計技術(shù)和方法5.3.4 抗環(huán)境失效設(shè)計技術(shù)和方法5.4 可靠性設(shè)計技術(shù)和方法5.4.1 可靠性設(shè)計基本概念5.4.2 可靠性設(shè)計方法參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章 失效診斷技術(shù)和方法　　失效診斷包括失效模式診斷、失效原因診斷和失效機(jī)理診斷三方面的內(nèi)容。失效診斷是整個失效分析預(yù)測預(yù)防工作的前提和基礎(chǔ)。目前，失效診斷工作已引起了工程界的廣泛關(guān)注和高度重視?！　∈г\斷是一門系統(tǒng)工程，其理論、技術(shù)和方法的核心是推理規(guī)則和方法論。在實際的失效診斷中，主要從殘骸、應(yīng)力和環(huán)境等方面進(jìn)行分別診斷和綜合診斷。其中殘骸分析又包括失效件本身的斷口分析、裂紋分析、痕跡特征分析和變形分析?！　≡谛蚊灿^察和失效診斷過程中，應(yīng)遵循先宏觀、后微觀，先低倍、后高倍，先全局、后局部，典型區(qū)域重點觀察的診斷方法原則?！　?.1 斷口診斷技術(shù)和方法　　斷口是斷裂失效中，兩斷裂分離面的簡稱。由于斷口真實地記錄了裂紋由萌生、到擴(kuò)展直至失穩(wěn)斷裂全過程的各種與斷裂有關(guān)的信息，因此，斷口上的各種斷裂信息是斷裂力學(xué)、斷裂化學(xué)、斷裂物理等諸多方面內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果，對斷口由定性到定量的精確分析，不但可為斷裂失效模式的確定提供有力的依據(jù)，也可為斷裂失效原因的診斷提供線索，對斷裂機(jī)理的深入研究還可推動斷裂物理、斷裂化學(xué)和斷裂力學(xué)的發(fā)展。同時，斷口分析對新材料的研制也是一個十分重要的手段，通過斷口分析可以提供有關(guān)合金的相組成、組織結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)含量對斷裂特性的影響等，為進(jìn)一步改進(jìn)材料質(zhì)量提供方向和可能。因此，在斷裂失效中，斷口診斷和裂紋診斷總是占據(jù)著極其重要的位置。

編輯推薦

　　《材料失效診斷、預(yù)測和預(yù)防》最大的特點是不僅詳細(xì)闡述了有關(guān)材料失效診斷的各種技術(shù)、方法、思路和過程，同時還深入探討了各種含缺陷材料和結(jié)構(gòu)的安全評定及失效的預(yù)測預(yù)防技術(shù)，即闡述了從“事故后分析處理”變到“事故前評估與預(yù)測”的一整套理論和方法。

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