什麼是「良性」和「惡性」的疲勞裂紋?

个人感觉如果进行良性和恶性的判断，就脱离的目前无损检测的层次，可能上升到材料力学等内容，远远超乎了目前无损检测人员的实际水平，甚至应该说，要求三级人员具备这样的知识，可能还算合理。就好比，在医院有不同门诊的医生，但是诊断往往先要做B超、CT、X摄像等检测。医生根据检测结果进行病情分析。那么检测员肯定不会给出具体病情，只是给出检测结果。同理，医生也是参考检测员的检测报告进行判断的，如果报告错误，那么接下来的所有治疗都是错误的。就是说，医生和检测员是互相联系的关系。在无损行业，也是这样的关系。无损检测人员实际上根本无法给出检测结果会影响工件的使用性能等结论。

对轴类检测，我遇见的少。对疲劳裂纹“良性” 和“恶性” 之分，也是第一次听见说。

但我认为：轴类疲劳断面分析，是很有实用价值的学问。

按我的直观理解，第一幅图，疲劳裂纹周向扩展，应该是良性的，似乎疲劳裂纹扩展速率较慢，瞬断区比例较小，可在一定时间内，监督控制下使用；第二幅图，偏心疲劳断裂，沙滩状裂裂明显，疲劳裂纹扩展速率较快，瞬断区比例较大（约占70%），此类裂纹扩展情况，不可预测，似乎是恶性的。UT发现苗头后，应立即拆除。

我已将近30年未参与安全评定了，这些言论，算无知妄说吧！

此外，我同意刘恩凯先生所言，对材料扩展速率的研究，已超出了常规无损检测范畴。有这方面知识和经验的，如黄先生，可以进行此类服务;一般NDT人员，最好不要冒险，因为在役检验，有它的标准，安全评定也有人员资格(资质)问题。

2．安定性分析概念
如果一个结构经几次反复加载后，其变形趋于稳定，或者说不再出现渐增的非弹性变形，则认为此结构是安定的。丧失安定后的结构会在反复加载卸载中引起新的塑性变形，并可能因塑性疲劳或大变形而发生破坏。
若虚拟应力超过材料屈服点，局部高应力区由塑性和弹性区两部分组成。塑性区被弹性区包围，弹性区力图使塑性区恢复原状，从而在塑性区中出现残余压缩应力。残余压缩应力的大小与虚拟应力有关。设结构由理想弹塑性材料制造，现根据虚拟应力 的大小简单分析结构处于安定状态的条件。
（1） 当结构第一次加载时，塑性区中应力-应变关系按OAB线变化，虚拟应力-应变线为OAB′。卸载时，在周围弹性区的作用下，塑性区中的应力沿BC线下降，且平行于OA，如图2.4-2（a）所示。塑性区便存在了残余压缩应力E（ ），即纵坐标上的OC值。若载荷大小不变，则以后的加载、卸载循环中，应力将分别沿CB、BC线变化，不会出现新的塑性变形，在新的状态下保持弹性行为，这时结构是安定的。
（2） 第一次加载时，塑性区中的应力-应变关系按OAB线变化，卸载时沿BC线下降，在C点发生反向压缩屈服而到达D点，如图2.4-2（b）所示。于是在以后的加载、卸载循环中，应力将沿DEBCD回线变化。如此多次循环，即反复出现拉伸屈服和压缩屈服，将引起塑性疲劳或塑性变形逐次递增而导致破坏，这时结构是不安定的。可见，保证结构安定的条件是 ≤ ，由于 ≥1.5Sm，分析设计标准中，将一次加二次应力强度限制在3Sm以内。
由于实际材料并非理想弹塑性材料，屈服后还有应变强化能力，因此上面由极限分析和安定性分析导出的应力限制条件是偏于保守的，使结构增加了一定的安全裕度。
3．疲劳分析概念
（1）低循环疲劳
近50年来，随着石油化工和其他工业的迅速发展，许多压力容器要承受交变载荷，例如频繁的开、停工以及压力波动、温度变化等，使得容器中应力随时间呈周期性（或无规则）变化（即所谓交变应力）。生产规模的大型化和高参数（高压、高温、低温）也使得高强度材料广泛应用于压力容器。这些因素的组合造成了压力容器发生疲劳失效的事故增加。
容器疲劳失效总是起源于局部高应力区。当局部高应力区中的应力超过材料的屈服点时，材料产生屈服变形，在载荷反复作用下，微裂纹于滑移带或晶界处形成，这种微裂纹不断扩展，形成宏观疲劳裂纹并贯穿容器厚度，从而导致容器发生疲劳失效。
疲劳分为高循环疲劳和低循环疲劳两类。在使用期内，应力循环次数超过105次的称为高循环疲劳或高周疲劳，循环次数在102~105次范围内的称为低循环疲劳或低周疲劳。对于一般压力容器，应力循环次数很少有超过105次的，通常只有几千次，故属于高应变、低循环的低周疲劳范围。
（2）JB 4732关于不需作疲劳分析的规定
疲劳分析是建立在应力分析的基础之上，计算工作量很大，而且，不是所有承受交变载荷的容器都会发生疲劳，因此，分析设计规定，当满足一定的条件时，承受交变载荷的容器可免作疲劳分析。显然，免作疲劳分析的条件应该是与交变载荷大小、循环次数、材料性质、以及结构应力集中的程度等因素有关，但为了便于应用，常以交变载荷的循环次数作为判据，并从偏于保守的角度作出规定。例如，JB 4732规定，对于常温抗拉强度 ≤550MPa钢材，若下列4条中总循环次数不超过1000次，容器整体部位可以不作疲劳分析。
① 包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计（设计）循环次数；
② 压力波动范围超过设计压力20%的工作压力循环的预计（设计）循环次数；
③ 容器上包括接管在内的任意相邻两点之间金属温差波动的有效次数，这里的有效次数是指金属温差波动的循环次数乘以从表2.4-1查得系数值之积的和；
④ 由热膨胀系数不同的材料组成的部件（包括焊缝），当 ＞0.00034时的温度波动循环次数，其中 与 是两种材料的平均线膨胀系数， 为工作时温度总波动范围。
表2.4-1  温度波动有效次数计算用系数（略）
（3）JB 4732关于疲劳分析的规定
对于判定需要进行疲劳分析的压力容器，可利用设计曲线进行疲劳寿命设计。这些曲线是由材料试验或理论分析得出的，同时根据实际情况已经考虑了平均应力的影响，并计入了工程应用的安全系数。
除利用疲劳曲线的基本疲劳分析方法之外，JB 4732还给出了以下几种方法：
① 在操作条件中存在着两个或更多个显著应力循环时，利用线性累积损伤准则，规定了疲劳寿命的校核方法；
② 关于螺柱承受循环载荷能力的校核；
③ 对于局部结构不连续，角焊缝等特殊部位，可以利用应力集中系数或疲劳强度减弱系数进行疲劳分析的规定；
④ 对于承受静内压的容器，同时又承受热应力循环作用时，规定了求取许可的最大循环热应力的极限值的方法；
⑤ 给出了确定疲劳寿命的试验方法，以便采用较设计疲劳曲线所规定的允许值更高的循环应力强度值；
⑥ 对于整体补强的开孔接管，规定了应力指数，用以估算接管区的应力集中系数。

摘自强天鹏著《压力容器检验》第二章

luolang1314 发表于 2014-3-25 08:18
无损检测和断裂力学等结合起来，就已经步入无损评价（NDE）的殿堂了；这是无损检测的必然方向，不仅关注静 ...

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。

谢谢阿黄先生的抬爱！
我只不过想表达：如今跨边界，多学科交叉已成趋势，如果无损检测还停留在原来范畴之中，那么被代替也就不远了！
向无损评价方向发展，是大趋势，不管检测人员愿不愿，都很难改变这种趋势；你不发展，很可能断裂力学等，它就会把你纳入进来或者覆盖这个领域；我们应该发出自己的声音。
当然，专业化有其优点，但不能因专业化就拒绝融合其它的发展因子！在马云跨边界抢银行存款的今天，抱着过去的传统范畴不放，是很危险的事情。
但同时，阿黄先生提出不能盲干，值得人警醒！
无损检测有其自然的优势，这些是断裂力学不能代替的！随着检测技术的提升，检测知识的富集，我相信未来是方法的世界，而不是边界林立的世界。
好的技术和方法，是可以不分边界的；检验它的价值，在检测人员和客户手中。
我辈检测人员，思路可以更开阔，步子可以稍微迈的大些！
一家之言，如有不当，尚请谅之！

1、较好，圆周产生，向中心发展，发展的速度较慢，   2、较差的，局部产生，向另一端发展，速度较快，发展为脆性断裂了。

梁金昆 发表于 2014-3-25 11:50
对轴类检测，我遇见的少。对疲劳裂纹“良性” 和“恶性” 之分，也是第一次听见说。但我认为：轴类疲劳断面 ...

梁老好！好多年不见了，还是宝刀未老！

天地之间先生:您好！我们通过留言联系吧，谢谢！

很好的帖子，就这么沉寂下来！至于，它属于什么范畴，真的很重要么？

luolang1314 发表于 2014-3-29 21:23
很好的帖子，就这么沉寂下来！至于，它属于什么范畴，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。