失效分析试题-带标准答案

2014年秋季学期《失效分析》试卷A标准答案

命题教师系主任审核考试形式闭卷

考试类型学位课非学位课V（请打J选择）

考试班级考试日期2014年10月15日考试时间2小时

班级姓名学号成绩

1.名词解释：（每道题4分，共20分）

1.1失效模式：是指失效外在的宏观表现形式和过程，可理解为失效的性质和类型。

1.2失效抗力：是指导致材料失效的主要性能指标。

1.3失效痕迹：是指在失效过程中，环境作用系统，在系统“表面”留下的标记。

1.4首断件：在机电装备服役过程中，由于断裂件断裂会导致多个零件出现断裂，把

首先断裂的零件称为首断件。

1.5微动磨损：两个配合表面之间由一微小振幅的相对振动所引起的表面损伤，包括

材料损失、表面形貌变化、表面或亚表层塑性变形或出现裂纹等，称为微动磨损。

2.选择题：（每道题3分，共15分）

2.1（A）（B、C、D）（1）（多项选择有顺序）

2.1（B、C、D）（B）（多项选择有顺序）

2.3（C）（B）

2.4（B、D、F）（A、C、E）（多项选择无顺序）

2.5（A、C、F）（多项选择无顺序）

3.改错题：（判断正误，并改错，每道题2分，共20分）除3.2正确外，其它错误。

3.1”的性能状态”改为“功能的现象”。3.3“宏观缺陷”改为“应力集中”。

3.4将后半句“脆性断裂”和“疲劳断裂”对调。3.5“微观缺陷”改为“晶内和晶界的强度”。

3.6“较轻”改为“较重二3.7“最疏”改为“最密”。3.9"就可以断定”改为“不能断定二

3.8“均是腐蚀产物从腐蚀表面剥落形成的”改为“可能是直接从表面分离产物。也可能是腐蚀

产物从腐蚀表面剥落形成的”。3.10“延性断裂，…”改为“脆性断裂，且不存在二次裂纹

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4.简答题：（共30分）

4.1简述断裂失效件断口宏观分析的主要任务。

答：断裂失效件断口宏观分析的主要任务有：1.初步确定断裂的类型和方式为判明断裂模式提供

依据；2.寻找起裂的原因和断裂的扩展方向；3.估算应力集中程度和名义应力的大小（疲劳）；4.观

察断裂源区有无宏观缺陷等；5.为微观分析和其它分析指明方向。

4.2常用的逻辑推理方法有哪几种？简要说明失效分析中如何应用。

答：在失效分析中常用的逻辑推理方法有：归纳推理、演绎推理、类比推理、选择性推理、假设

性推理。

归纳推理是指由个别的事物或现象归纳推出该类事物或现象的普通性规律的推理，在失效事件分

析中，会得到各种各样证据，这些证据又有各自的特点，反映失效事件的各个侧面，共同组成失效事

件事实的整体。

演绎推理是由普遍性（归纳得出）判断作为前提，推出个别事件的结论。在失效分析中，应用普遍

规律性的知识来分析个别性的现象，这就需要用到演绎推理。初步判断肇事件的失效模式之后，就要

充分利用这一模式所内涵的基本失效过程、机理、规律、条件、影响因素等等一般性（普遍性）的知识,

演绎出新的性质判断或关系判断，把失效分析工作引向深入。

类比推理：观察到两个失效事件在许多特征上都相同，便推出其它方面也相同。通过类比也可以

进行归类，根据失效事件的属性，把它归于某一类失效模式。同一类别的零件或设备，在功能、受力、

工作环境等方面有不少共同之处，因此它们的失效模式和失效的原因也有可能许多相似之处。从大量

失效事件及其失效分析中总结出各类基础零件和成套设备的常见失效模式及其原因，就是用此推理。

选择性推理：根据失效事件或事件中某一事实的发生存在着两种以上的可能性可供选择，用己知

的事实否定其中一部分可能性，从而肯定其他的可能性。大前提中的几种可能性，只能是相对的“穷

尽”，例外的情况时有发生，不可能完全穷尽，因此结论具有或然性。选择性推理在失效分析中不可

单独使用，至少在用普遍性判断作为前提来否定其中一部分可能性时，就离不开演绎推理。

假设性推理：假设性推理是依据失效事件事实之间的条件联系进行推理。失效事件的事实之间不

是此孤立的，而是相互联系的（直接的或间接的联系"某一事实的发生和存在，会伴随另一种事实的发

生和存在；某一事实的不发生和不存在，也不会引起另一事实的发生和存在，这就叫做失效事件的条

件联系。例如：发生燃爆，必须同时具备（存在）三个条件，一旦发生燃爆，就意味着同时存在这三个

条件；腐蚀蚀必定要有腐蚀介质，疲劳必定经受交变载荷等等。

在证据不足、情况复杂的失效事件分析中，往往要以为数不多的事实和现象为基础，根据已有的

知识，提出相应假设（要用到归纳或类比推理），然后进行推理（要用到演绎推理），得出推论，假设性

推理显得特别有用。（答对要点即可认为正确）

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4.3简述应力强度分布T涉理论，并根据此理论有哪几种减少产品失效率的途

径？

答：零件传统设计时，只考虑材料的平均强度和平均应力（载荷），零件要可靠使用，其强

度必须超过外载荷的总应力。应力-强度分布干涉理论认为批量材料的强度和实际载荷均按一定

的概率分布，批量材料的强度概率分布和实际载荷的概率分布重叠时，零件将发生失效。根据此

理论减少产品失效率的途径有：提高材料的平均强度，降低材料的平均应力（载荷），控制材料

的质量使材料的强度分布变窄，优化设计使应力分布变窄，通过上述途径避免材料的强度概率分

布和实际载荷的概率分布重叠，从而降低产品的失效率。（可以附图说明）

5.论述题：（共15分）

试分析为什么产品失效率随时间呈“浴盆”曲线变化规律，并指出在不同阶段采

用哪些措施可以有效降低产品的失效率。

答：通过对产品失效事件的统计发现，产品的失效率（单位时间内发生失效的比率）存在一

定的变化规律。下图为产品的失效率随使用时间变化的典型曲线。在不进行预防性维修的情况下,

曲线的形状与浴盆相似，故称为“浴盆曲线”，产品在不同的使用阶段，失效率明显不同。

在产品开发和使用初期，由于设计考虑不周和制造工艺不成熟，产品会存在这样或那样不为

人们认识的缺陷，导致失效率较高，我们把这一阶段称为产品的早期失效期，形象的称为产品的

“幼年期”。在这一时期，随着产品设计的不断改进和工艺技术的不断完善，失效率则很快会下

降。如果在产品出厂之前，进行旨在剔除这类缺陷的“老练”过程，即进行产品中试研究和可靠

性试验，那么从一开始使用产品失效率便可以大幅度降低。

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由于服役条件和环境的偶然变化、偶然操作差错或者管理不善等情况下造成的各种失效因素，仍

会导致产品的偶然失效，我们称这一阶段为产品的偶然失效期。由于各种因素的随机性决定了偶然失

效率是随机分布的、且很低的和基本上是恒定的，乂称为随机的失效期。形象地讲偶然失效期相当人

的“青壮年期”，这一时期是产品的最佳工作时期，偶然失效期的长短可认为是该产品的平均寿命。

在这一时期，产品的失效率与产品的使用有很大关系，关注环境因素的变化、减少人为的操作失误，

加强和改善管理可以在一定程度上降低产品失效率。

经过偶然失效期后，产品已到了寿命终止期，失效率开始急剧增加，这标志产品已进入“老年期”。

这时产品常以