Page 86 - 理化检验-物理分册2025年第二期

杨振国：失效分析学科的形成、发展与展望

机返回大气层时，因气流摩擦产生高温，导致机翼内 论上指明方向，在实践上发挥独特作用，为新质生产
铝合金框架熔化，在德克萨斯州上空飞机解体，机上 力的培育与发展提供了有力支撑。基于此，笔者将
7名宇航员全部遇难。事故产生的原因是检验疏忽、 详细梳理和评述国内外失效分析学科的形成背景与
安装不良等，进而引起特大航天事故。 发展过程，剖析失效分析在关键领域所发挥的特有
天津港危险品爆炸事故。2015年8月12日，天 作用，并对未来研究趋势进行展望，以推动失效分析
津市某公司危险品仓库发生火灾，随后发生爆炸事 在各个领域的广泛应用，为国家经济建设和社会和
故，造成165人遇难、8人失踪、798人受伤，直接经 谐发展贡献力量。
济损失超过60亿元。事故产生的原因是防止硝酸棉
1 国际失效分析发展过程
易燃、易爆化学品升温的湿润剂缺失，且未能及时补
充，使硝化棉自燃，然后硝酸铵在高温作用下发生连 1.1 失效分析形成与进展
锁爆炸。这起事故的产生原因是管理疏漏和维护不 产品一旦发生失效，需要开展原因分析和责任
当，反映出有关执法部门执法不严、监管不力等管理 认定。据史料记载，早在公元前1776年，古巴比伦
问题。 国王汉穆拉比编撰、颁布了世界上第一部较为完整
目前，国内外工程界和学术界已形成共识，认为 的成文法典，即《汉穆拉比法典》。这部法典不仅是
各种失效造成的经济损失可占每个国家国民生产总 楔形文字法典中的代表作，而且对后人制定的法律
值(GDP)的2%~4%，发展中国家更高些。以我国 体系也产生了深远的影响。该法典共有282条， 其中
为例，2022、2023年的GDP分别为120.02万亿元和 第229条规定：如果木匠建造的房屋因质量问题而
129.43万亿元，若以4%计算，2022、2023年因失效 倒塌，导致房主死亡，其必须受到处死的惩罚，体现
引起的经济损失分别达到4.80万亿元和5.18万亿元， “以牙还牙”的责任对等原则。这是迄今为止已知的
均超过上海市2023年的全年GDP（4.72万亿元），可 人类最早关于产品质量责任追究的法律条文。
[2]
见失效带来的经济损失巨大 。 真正有意义的工业产品始于第一次工业革命。
对此，各国政府对失效引起的安全事故给予了 早在1769年，英国詹姆斯 · 瓦特对矿井抽水用常压
[3]
高度的重视。我国先后颁布了《中华人民共和国安 蒸汽机进行了重大改进和创新 ，制造出世界上第
全生产法》（2002年11月1日）、《特种设备安全监察 一台具有广泛应用价值的动力蒸汽机，开启了第一
条例》（2003年6月1日）、《生产安全事故报告和调 次工业革命的序幕。随后，动力蒸汽机广泛应用于
查处理条例》（2007年4月9日）、《中华人民共和国 纺织、采矿、造纸、冶金、火车等工业领域，采用机械
特种设备安全法》（2014年1月1日）、《中华人民共 方式代替人力劳动，提高了生产力。然而，早期工业
和国核安全法》（2018年1月1日）、《生产安全事故 产品制造质量欠佳，各种事故随之而来，尤其是蒸汽
应急条例》（2019年2月19日）、《生产安全事故调查 锅炉爆炸导致人员伤亡的事故频繁发生，引起各方
通用技术要求》（2024年5月10日）等。这些法律、 关注。因此，1862年， 英国政府建立了世界上第一个
[4]
法规的制定，旨在加强安全监管和预防，降低重大事 蒸汽锅炉监察局 ，人们依据标准和法规对蒸汽锅
故发生率，保障人民生命和财产安全。失效分析正 炉的制造质量进行监督和评定，把失效分析作为事
是通过综合分析，找到事故产生的原因，并提出预防 故仲裁的法律手段和提高产品质量的技术手段，降
措施，以避免事故再次发生，保障产品的使用安全， 低了锅炉爆炸事故的发生概率。1911年，美国机械
因而具有重大的科学工程价值，会产生巨大的社会 工程师学会（ASME）锅炉与压力容器委员会成立，
经济效益。 该学会制定了锅炉与压力容器的设计、材料、制造、
如果说社会发展史是一部人类不断与失败抗争 检验等规范，并于1915年出版了世界上第一部锅炉
的历史，那么产品和材料的发展史则是一部人类不 压力容器规范，其成为ASME规范第一卷 《动力锅
断与失效斗争的历史。失效分析不仅能够精准剖析 炉》，这对提高锅炉与压力容器的制造质量、降低事
产品在使用过程中发生意外失效的根源，找到可行 故的发生概率具有重大意义。
的解决对策，从而防止同类事故的再次发生，更是在 在相同的发展时期，人们也一直关注工业产品
新材料研发、现有材料改性、产品质量提升、制造工 使用中材料的疲劳与断裂问题。1825 年，英国开
艺改进、可靠性提高、结构系统优化、运维策略制定、 始出现铁路交通运输业，但使用后没多久，1842年
安全监督管理以及事故责任裁定等诸多方面，从理 5 月 8 日，从法国巴黎至凡尔赛铁路线发生火车头
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