各类机电产品的机械零部件、微电子元件和仪器仪表元件等,以及各种金属及其他材料形成的构件(工程上习惯地统称为零件,以下简称零件)都具有一定的功能,承担各种各样的工作任务,如承受载荷、传递能量、完成某种规定的动作等。当这些零件失去了它应有的功能时,则称该零件失效。
零件失效(即失去其原有功能)的含义包括三种情况:
1)零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等,从而完全丧失其功能。
2)零件在外部环境作用下,部分的失去其原有功能,虽然能够工作,但不能完成规定功能,如由于磨损导致尺寸超差等。
3)零件虽然能够工作,也能完成规定功能,但继续使用时,不能确保安全可靠性。例如:经过长期高温运行的压力容器及其管道,其内部组织已经发生变化,当达到一定的运行时间时,继续使用就存在开裂的可能。(www.daowen.com)
失效在英文中称为failure,意指达不到预期的或需要的功能,或不足,按词义可译为失灵、失事、故障、不足等。在我国有时俗称损坏、事故等。上述名词的含义有许多相似之处,常常混用。为防止混乱,在1980年12月召开的中国机械工程学会机械产品失效分析会议上,我国学者正式确定为失效。
应特别指出,失效与事故是两个不同的概念,必须加以区别。事故是指一种后果,它可以是由于失效引起的,也可能是其他原因造成的。
传统的零件失效多指金属零件,即由名义上的各向同性材料制成的零件。随着材料科学的发展,复合材料的应用比重越来越大,在21世纪,复合材料将超过金属材料的使用量,从而在材料中占有主导地位,因此应加强对复合材料失效的研究。复合材料的失效,又称为复合材料破坏,指复合材料在经过某些物理、化学过程后(如载荷作用、材料老化、温度和湿度变化等)发生了形状、尺寸性能的变化而丧失了预定的功能。复合材料是一种各向异性的多相复合体,失效过程要比通常的各向同性材料复杂得多,它涉及组分材料的性能、复合的方式、工艺条件、界面性能、载荷的性质与环境因素等,不可能只用一种失效模式来描述复合材料失效,绝大多数情况下是几种失效模式同时存在和发生。近些年,国内外在复合材料失效行为与断裂机理方面进行了大量的工作,如美国编写了一套复合材料失效分析手册,详细介绍了复合材料的失效分析技术与方法。失效分析的结果将对复合材料制件的设计、制造提供很好的技术反馈。由于复合材料断裂的复杂性,研究人员很难将断口微观特征与应力状态相联系,主要在宏观范围寻找断裂的规律性。
微电子机械系统(MEMS)在近年来取得了飞速的发展。当前对于MEMS器件的研究已经取得了很多进展,但就整体而言,尚未能够实现MEMS产品的成功商品化。各种工况下失效问题是MEMS商品化的一大障碍。MEMS是一门全新的技术,对于其失效物理机制的了解还很少,特别是对尺度效应和表面效应影响的认识还很初步。正确认识MEMS的失效模式是进行可靠性评估的前提条件。当前,对MEMS器件及系统的失效研究正逐渐引起人们的极大关注。对于MEMS失效的研究,不但包括宏观机械中所面临的一些问题,而且还有一些MEMS所特有的现象,需要进一步研究。
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