什麼是「良性」和「惡性」的疲勞裂紋?

個人感覺如果進行良性和惡性的判斷，就脫離的目前無損檢測的層次，可能上升到材料力學等內容，遠遠超乎了目前無損檢測人員的實際水平，甚至應該說，要求三級人員具備這樣的知識，可能還算合理。就好比，在醫院有不同門診的醫生，但是診斷往往先要做B超、CT、X攝像等檢測。醫生根據檢測結果進行病情分析。那么檢測員肯定不會給出具體病情，只是給出檢測結果。同理，醫生也是參考檢測員的檢測報告進行判斷的，如果報告錯誤，那么接下來的所有治療都是錯誤的。就是說，醫生和檢測員是互相聯系的關系。在無損行業，也是這樣的關系。無損檢測人員實際上根本無法給出檢測結果會影響工件的使用性能等結論。

對軸類檢測，我遇見的少。對疲勞裂紋“良性” 和“惡性” 之分，也是第一次聽見說。

但我認為：軸類疲勞斷面分析，是很有實用價值的學問。

按我的直觀理解，第一幅圖，疲勞裂紋周向擴展，應該是良性的，似乎疲勞裂紋擴展速率較慢，瞬斷區比例較小，可在一定時間內，監督控制下使用；第二幅圖，偏心疲勞斷裂，沙灘狀裂裂明顯，疲勞裂紋擴展速率較快，瞬斷區比例較大（約占70%），此類裂紋擴展情況，不可預測，似乎是惡性的。UT發現苗頭后，應立即拆除。

我已將近30年未參與安全評定了，這些言論，算無知妄說吧！

此外，我同意劉恩凱先生所言，對材料擴展速率的研究，已超出了常規無損檢測范疇。有這方面知識和經驗的，如黃先生，可以進行此類服務;一般NDT人員，最好不要冒險，因為在役檢驗，有它的標準，安全評定也有人員資格(資質)問題。

2．安定性分析概念
如果一個結構經幾次反復加載后，其變形趨于穩定，或者說不再出現漸增的非彈性變形，則認為此結構是安定的。喪失安定后的結構會在反復加載卸載中引起新的塑性變形，并可能因塑性疲勞或大變形而發生破壞。
若虛擬應力超過材料屈服點，局部高應力區由塑性和彈性區兩部分組成。塑性區被彈性區包圍，彈性區力圖使塑性區恢復原狀，從而在塑性區中出現殘余壓縮應力。殘余壓縮應力的大小與虛擬應力有關。設結構由理想彈塑性材料制造，現根據虛擬應力 的大小簡單分析結構處于安定狀態的條件。
（1） 當結構第一次加載時，塑性區中應力-應變關系按OAB線變化，虛擬應力-應變線為OAB′。卸載時，在周圍彈性區的作用下，塑性區中的應力沿BC線下降，且平行于OA，如圖2.4-2（a）所示。塑性區便存在了殘余壓縮應力E（ ），即縱坐標上的OC值。若載荷大小不變，則以后的加載、卸載循環中，應力將分別沿CB、BC線變化，不會出現新的塑性變形，在新的狀態下保持彈性行為，這時結構是安定的。
（2） 第一次加載時，塑性區中的應力-應變關系按OAB線變化，卸載時沿BC線下降，在C點發生反向壓縮屈服而到達D點，如圖2.4-2（b）所示。于是在以后的加載、卸載循環中，應力將沿DEBCD回線變化。如此多次循環，即反復出現拉伸屈服和壓縮屈服，將引起塑性疲勞或塑性變形逐次遞增而導致破壞，這時結構是不安定的。可見，保證結構安定的條件是 ≤ ，由于 ≥1.5Sm，分析設計標準中，將一次加二次應力強度限制在3Sm以內。
由于實際材料并非理想彈塑性材料，屈服后還有應變強化能力，因此上面由極限分析和安定性分析導出的應力限制條件是偏于保守的，使結構增加了一定的安全裕度。
3．疲勞分析概念
（1）低循環疲勞
近50年來，隨著石油化工和其他工業的迅速發展，許多壓力容器要承受交變載荷，例如頻繁的開、停工以及壓力波動、溫度變化等，使得容器中應力隨時間呈周期性（或無規則）變化（即所謂交變應力）。生產規模的大型化和高參數（高壓、高溫、低溫）也使得高強度材料廣泛應用于壓力容器。這些因素的組合造成了壓力容器發生疲勞失效的事故增加。
容器疲勞失效總是起源于局部高應力區。當局部高應力區中的應力超過材料的屈服點時，材料產生屈服變形，在載荷反復作用下，微裂紋于滑移帶或晶界處形成，這種微裂紋不斷擴展，形成宏觀疲勞裂紋并貫穿容器厚度，從而導致容器發生疲勞失效。
疲勞分為高循環疲勞和低循環疲勞兩類。在使用期內，應力循環次數超過105次的稱為高循環疲勞或高周疲勞，循環次數在102~105次范圍內的稱為低循環疲勞或低周疲勞。對于一般壓力容器，應力循環次數很少有超過105次的，通常只有幾千次，故屬于高應變、低循環的低周疲勞范圍。
（2）JB 4732關于不需作疲勞分析的規定
疲勞分析是建立在應力分析的基礎之上，計算工作量很大，而且，不是所有承受交變載荷的容器都會發生疲勞，因此，分析設計規定，當滿足一定的條件時，承受交變載荷的容器可免作疲勞分析。顯然，免作疲勞分析的條件應該是與交變載荷大小、循環次數、材料性質、以及結構應力集中的程度等因素有關，但為了便于應用，常以交變載荷的循環次數作為判據，并從偏于保守的角度作出規定。例如，JB 4732規定，對于常溫抗拉強度 ≤550MPa鋼材，若下列4條中總循環次數不超過1000次，容器整體部位可以不作疲勞分析。
① 包括啟動與停車在內的全范圍壓力循環的預計（設計）循環次數；
② 壓力波動范圍超過設計壓力20%的工作壓力循環的預計（設計）循環次數；
③ 容器上包括接管在內的任意相鄰兩點之間金屬溫差波動的有效次數，這里的有效次數是指金屬溫差波動的循環次數乘以從表2.4-1查得系數值之積的和；
④ 由熱膨脹系數不同的材料組成的部件（包括焊縫），當 ＞0.00034時的溫度波動循環次數，其中 與 是兩種材料的平均線膨脹系數， 為工作時溫度總波動范圍。
表2.4-1  溫度波動有效次數計算用系數（略）
（3）JB 4732關于疲勞分析的規定
對于判定需要進行疲勞分析的壓力容器，可利用設計曲線進行疲勞壽命設計。這些曲線是由材料試驗或理論分析得出的，同時根據實際情況已經考慮了平均應力的影響，并計入了工程應用的安全系數。
除利用疲勞曲線的基本疲勞分析方法之外，JB 4732還給出了以下幾種方法：
① 在操作條件中存在著兩個或更多個顯著應力循環時，利用線性累積損傷準則，規定了疲勞壽命的校核方法；
② 關于螺柱承受循環載荷能力的校核；
③ 對于局部結構不連續，角焊縫等特殊部位，可以利用應力集中系數或疲勞強度減弱系數進行疲勞分析的規定；
④ 對于承受靜內壓的容器，同時又承受熱應力循環作用時，規定了求取許可的最大循環熱應力的極限值的方法；
⑤ 給出了確定疲勞壽命的試驗方法，以便采用較設計疲勞曲線所規定的允許值更高的循環應力強度值；
⑥ 對于整體補強的開孔接管，規定了應力指數，用以估算接管區的應力集中系數。

摘自強天鵬著《壓力容器檢驗》第二章

luolang1314 發表于 2014-3-25 08:18
無損檢測和斷裂力學等結合起來，就已經步入無損評價（NDE）的殿堂了；這是無損檢測的必然方向，不僅關注靜 ...

loulang1314先生  總結得非常好，傳統的NDT已經不能滿足客戶(時代)的要求了。

謝謝阿黃先生的抬愛！
我只不過想表達：如今跨邊界，多學科交叉已成趨勢，如果無損檢測還停留在原來范疇之中，那么被代替也就不遠了！
向無損評價方向發展，是大趨勢，不管檢測人員愿不愿，都很難改變這種趨勢；你不發展，很可能斷裂力學等，它就會把你納入進來或者覆蓋這個領域；我們應該發出自己的聲音。
當然，專業化有其優點，但不能因專業化就拒絕融合其它的發展因子！在馬云跨邊界搶銀行存款的今天，抱著過去的傳統范疇不放，是很危險的事情。
但同時，阿黃先生提出不能盲干，值得人警醒！
無損檢測有其自然的優勢，這些是斷裂力學不能代替的！隨著檢測技術的提升，檢測知識的富集，我相信未來是方法的世界，而不是邊界林立的世界。
好的技術和方法，是可以不分邊界的；檢驗它的價值，在檢測人員和客戶手中。
我輩檢測人員，思路可以更開闊，步子可以稍微邁的大些！
一家之言，如有不當，尚請諒之！

1、較好，圓周產生，向中心發展，發展的速度較慢，   2、較差的，局部產生，向另一端發展，速度較快，發展為脆性斷裂了。

梁金昆 發表于 2014-3-25 11:50
對軸類檢測，我遇見的少。對疲勞裂紋“良性” 和“惡性” 之分，也是第一次聽見說。但我認為：軸類疲勞斷面 ...

梁老好！好多年不見了，還是寶刀未老！

天地之間先生:您好！我們通過留言聯系吧，謝謝！

很好的帖子，就這么沉寂下來！至于，它屬于什么范疇，真的很重要么？

luolang1314 發表于 2014-3-29 21:23
很好的帖子，就這么沉寂下來！至于，它屬于什么范疇，真的很重要么？

這可能與國內的制度有關，分工太細，各行各業只要求做好自己份內的事就好了，其他事不聞不問更不可超出自己的工作範疇，否則要承擔所有的責任。
我在30多年的無損檢測生涯中，遇見過很多真實案例，我幫助客戶解決了很多「斷裂」問題。不僅僅找出隱患，還做到了防止隱患再次發生。還真的救了很多人命。我們如果不主動了解什麼原因造成疲勞裂紋，只是事後查找疲勞裂紋，是不能解決問題的。
很高深嗎?其實不然!我認為都是一些「小小常識」，我們可以從書本、標準、無損檢測期刊、同行交流會、網上等等查閱，再加上自己不斷地實踐累積，完全是可以學到很多很多的「小小常識」，條條大路通羅馬，只要您留心觀察就可以把它在實際的工作中應用出來。
我很想把我的這些「小小常識」與國內的同仁分享。