Որն է կոտրվածքը կամ կոտրելը?

1. Ներածություն

Ինժեներական եւ նյութերի գիտության մեջ, տարբերությունը ա կոտրվածք կամ կոտրող կետ ավելին է, քան իմաստաբանական. Դա սահմանում է անվտանգությունը, կատարումը, եւ կրիտիկական բաղադրիչների կյանքի ցիկլ.

Մինչ «կոտրվածք» -ը վերաբերում է նյութական տարանջատման իրական իրադարձությանը, «կոտրման կետը» հաճախ հասկացվում է որպես վերջնական շեմն, որի վերջնական շեմն է տեղի ունենում աղետալի ձախողում.

Այս հասկացությունները հատկապես նշանակալից են օդատիեզերական, ավտոմոբիլային, կենսազանգող, եւ քաղաքաշինություն, որտեղ ձախողումը կարող է հանգեցնել կյանքի կորստի, Բնապահպանական աղետ, կամ տնտեսական վնաս.

Նման ռիսկերը արդյունավետ կառավարելու համար, Ինժեներները պետք է հասկանան Ձախողման մեխանիզմ, Ընտրեք համապատասխան նյութեր, Կատարել խստորեն փորձարկում, եւ աշխատանքի ընդունեք մոդելավորման առաջադեմ տեխնիկա.

Այս հոդվածը առաջարկում է կոտրվածքի վարքի բազմակողմանի վերլուծություն, Թեստավորման ստանդարտներ, Իրական աշխարհի դիմումներ, եւ ապագա նորամուծություններ.

2. Որն է կոտրվածքը կամ կոտրելը?

Է Կոտրվածք կամ կոտրող կետ նյութից վերաբերում է դրան Քննադատական ​​սահման, որում այլեւս չի կարող դիմակայել կիրառական սթրեսին եւ, ի վերջո, ձախողվում է կոտրելով կամ կոտրելով.

Այս կետը նշում է նյութի դեֆորմացման ունակության ավարտը, կամ էլաստիկ կամ պլաստիկորեն, եւ ամբողջական կառուցվածքային ձախողման նախաձեռնում.

Հիմնական սահմանումներ:

• Կոտրվածքների կետ: Այն կետը, որի միջոցով նյութը բացում է երկու կամ ավելի կտորների, ճաքերի ձեւավորման եւ տարածման պատճառով.
• Կոտրող կետ: Հաճախ օգտագործվում է փոխանակելիորեն կոտրվածքի կետով, Դա վերաբերում է դրան Առավելագույն սթրեսը Նյութը կարող է դիմանալ աղետալի ձախողումից առաջ.
• Վերջնական առաձգական ուժ (Լարել): Է Առավելագույն սթրեսը Նյութը կարող է դիմակայել, մինչ ներքեւ ձգվելիս կամ քաշվելուց առաջ.
  Այնուամենայնիվ, փաստացի կոտրվածք կարող է առաջանալ սթրեսում մի փոքր ցածր կամ հավասար է UTS- ից, Կախված նյութի տեսակից եւ փորձարկման պայմաններից.

3. Ձախողման հիմնարար մեխանիզմներ

Հասկանալով այն հիմնական մեխանիզմը, որը հանգեցնում է կոտրվածքների կամ կոտրման, ինժեներական համակարգերում կառուցվածքային ձախողման կանխատեսման եւ կանխարգելման հիմնաքարն է.

Նյութերը պատասխանում են կիրառական բեռներին `առաձգական եւ պլաստիկ դեֆորմացիայի համադրությամբ, նախքան ի վերջո, հասնելով կրիտիկական սահմանափակում, որը հաճախակի է ենթադրում կոտրվածքով.

Այս բաժինը ուրվագծում է, թե որքան սթրես է, լարում, եւ ներքին նյութական հատկությունները կառավարում են ձախողման ուղին.

Սթրեսը եւ լարում

Երբ բեռը կիրառվում է նյութի վրա, Այն ներքին դիմադրություն է զգում սթրես, եւ այն պատասխանում է, փոփոխելով ձեւը կամ չափը, նշված է լարում.

Սթրեսի եւ լարումի փոխհարաբերությունները սովորաբար պատկերված են Սթրես-լարված կորը, որը բնութագրում է մեխանիկական վարքի տարբեր փուլեր.

Էլաստիկ ընդդեմ. Պլաստիկ դեֆորմացիա

• Առաձգական դեֆորմացիա հետադարձելի է. Համաձայն Հոուկի օրենքը, սթրեսը համաչափ է լարումից մինչեւ Առաձգական սահման.
• Պլաստիկ դեֆորմացիա, սակայն, մշտական ​​է. Երբ նյութը գերազանցի իրը բերք տալ ուժ, Այն անցնում է կառուցվածքի անշրջելի փոփոխություններին.

Սթրեսի լարված կորի հիմնական կետերը:

Պարամետր	Նկարագրություն
Եկամտի կետ	Սթրեսի մակարդակը, որից սկսվում է պլաստիկ դեֆորմացիան
Վերջնական առաձգական ուժ (Լարել)	Առավելագույն սթրեսը նյութը կարող է դիմակայել, երբ ձգվում է
Կոտրվածքների կետ	Այն կետը, որի վրա նյութը ի վերջո խախտում է կամ ձախողվում է

Օրինակ, մեղմ պողպատ սովորաբար ցուցադրվում է եկամտի հստակ կետ եւ շրջակայքում 370 MPA եւ 450 MPA, համապատասխանաբար, նախքան պարանոցից հետո մի փոքր ցածր սթրեսի կոտրվելը.

Նյութական հատկություններ Կառավարման ձախողում

Նյութի ձախողման պահվածքը չի ղեկավարվում միայն սթրեսի լարված պահվածքով.

Ներքին Նյութական հատկություններ Նաեւ խաղալ առանցքային դերեր, Հատկապես որոշելու, թե ինչպես է նյութը կլանում եւ վերաբաշխում սթրեսը.

Կոշտություն, Առաձգականություն, եւ կարծրություն

• Կոշտություն նյութի ունակությունն է կլանել էներգիան նախքան կոտրելը `հաճախ պատկերացնում էր որպես տարածքը սթրեսի լարված կորի տակ.
• Առաձգականություն սահմանում է, թե որ նյութը կարող է պլաստիկորեն դեֆորմացնելուց առաջ պլաստիկորեն դեֆորմացնել, սովորաբար չափվում է Երկարացում կամ տարածքի կրճատում.
• Կարծրություն արտացոլում է նյութի դիմադրությունը տեղայնացված պլաստիկ դեֆորմացմանը, Չնայած բարձր կարծրությունը երբեմն կարող է կապել խզման հետ.

Միկրոհամակարգային գործոններ

Մանրադիտակային մակարդակում, Մի քանի ներքին հատկություններ ազդում են մեխանիկական ձախողման վրա:

• Հացահատիկի չափը: Ավելի լավ ձավարեղենը հաճախ բարձրացնում է ինչպես ուժը, այնպես էլ կոշտությունը `հացահատիկի սահմանի ամրապնդման պատճառով (Դահլիճի ազդեցություն).
• Ներդրումներ: Ոչ մետաղական մասնիկները կամ աղտոտիչները կարող են հանդես գալ որպես սթրեսի աճ եւ նախաձեռնել ճաքեր.
• Երկրորդ փուլային մասնիկներ: Բազմաֆունկցիոնալ համաձուլվածքներում (օր., Steels կամ Titanium համաձուլվածքներ), փուլերի միջեւ բաշխումը եւ համախմբումը ազդում են, թե ինչպես են ճաքերը նախաձեռնում եւ տարածվում.

Որպես օրինակ, Ալյումինի համաձուլվածքներ `ավելի փոքր հացահատիկային չափերով եւ ավելի քիչ ներառություններ կարող են հասնել Վերը նշված կոտրվածքային կոշտության արժեքները 30 Կախարդություն, Դրանք հարմարեցնելով օդատիեզերական երեսվածքների համար.

4. Կոտրվածքների մեխանիզմներ

Թեեւ նյութերի դասական ուժը կենտրոնանում է սթրեսի եւ լարումի վրա, թերի պայմաններում, Կոտրվածքների մեխանիզմներ կամրջում է բացը իդեալականացված տեսության եւ իրական աշխարհի ձախողումների միջեւ.

Դա բացահայտորեն համարում է ներկայությունը ճաքեր կամ թերություններ, Հասկանալով, որ նյութերի մեծ մասը պարունակում է թերություններ, որոնք կարող են աճել ծառայության պայմաններում.

Կոտրվածքների մեխանիզմը ինժեներներին հնարավորություն է տալիս կանխատեսել, երբ ճեղքը անվերահսկելի կաճի, ինչը հանգեցնում է հանկարծակի ձախողման եւ ձեւավորելու նման արդյունքների դեմ.

Այս դաշտը հատկապես կենսական նշանակություն ունի օդատիեզերքի նման անվտանգության գծով, Press նշման անոթներ, եւ միջուկային էներգիա.

Կոտրվածքների ռեժիմներ

Cracks- ը կարող է տարածվել մի քանի եղանակներով `կախված կիրառական բեռի տեսակից եւ ուղղությունից. Կոտրվածքների մեխանիզմները դրանք դասակարգում են Երեք հիմնական ռեժիմ:

• Mode i (Բացման ռեժիմ): Crack- ի դեմքերն առանձնահատուկ են նետվում ճեղքման ինքնաթիռի վրա. Սա ինժեներական ծրագրերի ամենատարածված եւ ամենաքննադատական ​​ռեժիմն է.
• Mode II (Լոգարիթմական ռեժիմ): Ինքնաթիռի կտրում, որտեղ ճեղքված մակերեսները սահում են առջեւի հանդեպ միմյանց հետ.
• Mode III (Արցունքաբեր ռեժիմ): Արտագնա Shear, որտեղ ճեղքի մակերեսները շարժվում են արցունքաբեր կամ մկրատով շարժումով.

Իրական աշխարհի սցենարներում, ճաքերը հաճախ փորձ են ունենում Խառը ռեժիմի բեռնում, Համադրելով այս հիմնական հիմնարար ռեժիմներից երկու կամ ավելի.

Կոտրվածքային կոշտություն: K₁ եւ k₁c

IM անկության տակ գտնվող նյութի դիմադրությունը չափելու համար iMe Loading- ի ներքո կոտրելու համար, Կոտրվածքների մեխանիզմը օգտագործում է սթրեսի ինտենսիվության գործոնը (Ք):

• Դեվ: Նկարագրում է սթրեսի դաշտի ինտենսիվությունը ճեղքման հուշում.
• Ժլատ (Կոտրվածքային կոշտություն): K₁- ի կրիտիկական արժեքը, որի ընթացքում տեղի է ունենում արագ կոտրվածք.

Է Կոտրվածքի վիճակը հասնում է երբ:

K1≥k₁c

Կոտրվածքների կոշտության արժեքները զգալիորեն տարբերվում են նյութով:

• Ալյումինե խառնուրդներ: K₁C ≈ 25-35 MPA√M
• Բարձրորակ պողպատներ: K₁c ≈ 50-100 mpa√m
• Կերամիկա: Ժլատ < 5 Կախարդություն (Բարձր ուժ, բայց փխրուն)

Որքան բարձր է k₁c, Որքան ավելի դիմացկուն է նյութը `աճը ճեղքել.

Այս պարամետրը հատկապես կարեւոր է առաձգականության կամ ազդեցության բեռի տակ գտնվող բաղադրիչների համար, ինչպիսիք են ինքնաթիռի մաշկը կամ ճնշման անոթները.

Էներգախնայող չափանիշներ: Griffith- ի տեսությունը

Բացի սթրեսի վերլուծությունից, Կոտրիքը կարող է մեկնաբանվել նաեւ միջոցով Էներգետիկ հասկացություններ.

Է Griffith չափանիշ, Սկզբնապես մշակվել է փխրուն նյութերի համար, ասում է, որ ճեղքը տարածվելու է, երբ Էներգիան թողարկվեց ճեղքը երկարացնելուց գերազանցում է Պահանջվում է էներգիա Նոր մակերեսներ ստեղծելու համար.

Griffith- ի վիճակը ճեղքի տարածման համար է:

Գդ

Որտեղ:

• Գցել է Լարում էներգիայի թողարկման տոկոսադրույքը
• G_c է Քննադատական ​​էներգիայի թողարկման տոկոսադրույքը, կամ նյութի կոտրվածքի կոշտությունը էներգետիկ առումով (հաճախ նշվում է որպես gicg_{Ic}Gic for mode i)

Այս չափանիշը հատկապես օգտակար է կոտրվածքը հասկանալու համար կոմպոզիտներ, Կերամիկա, և պոլիմերներ, որտեղ գերակշռում են մակերեսային էներգիայի նկատառումները.

Crack հուշում պլաստիկություն: Lefm vs. EPFM

Կոտրվածքների մեխանիզմները հաճախ բաժանվում են երկու հիմնական ճյուղերի, կախված այն բանից, թե որքան պլաստիկ դեֆորմացիա է տեղի ունենում ճեղքման հուշում:

• Գծային առաձգական կոտրվածքների մեխանիզմ (Լեֆմ): Ենթադրում է փոքր մասշտաբային պլաստիկություն; կիրառելի է փխրուն կամ բարձր ամրության նյութերի համար.
• Էլաստիկ-պլաստիկ կոտրվածքների մեխանիզմներ (EPFM): Օգտագործվում է, երբ պլաստիկ գոտին նշանակալի է, հաճախ ներգրավելով J-integral Որպես կոտրվածքների դիմադրության միջոց.

Օրինակ:

• Փխրուն նյութեր, ինչպիսիք են ապակիները → Lefm- ը կիրառվում է
• Ձգվող մետաղներ բարձր բեռներով → Նախընտրեց EPFM- ը

Ըստ ASTM E1820- ի, է J-Integral մեթոդ Ապահովում է կոտրվածքի դիմադրության հուսալի միջոց, այն նյութերի համար, որտեղ K₁C- ն չի կարող ճշգրիտ օգտագործել ոչ գծային պահվածքի պատճառով.

Crack աճ եւ կայունություն

Crack- ի պահվածքը հասկանալը միայն նախաձեռնման մասին չէ. Այն ներառում է նաեւ Crack տարածում եւ կայունություն:

• Կայուն ճաքի աճ: Crack- ը դանդաղորեն առաջացնում է աճող բեռի տակ; բնորոշ է դաժան կոտրվածքով.
• Crack անկայուն աճ: Հանկարծակի, Աղետալի կոտրվածք `փոքր նախազգուշացումով; Փխրուն նյութերի բնութագիրը.

Ինժեներները հաճախ օգտագործում են R- կորեր (Դիմադրության կորեր) ճաքի աճի դիմադրությունը սյուժե, որն օգնում է վնասել հանդուրժողականության գնահատումը.

5. Կոտրվածքների եւ ձախողման ռեժիմների տեսակները

Նյութական ձախողումը չի առաջանում եզակի ոճով.

Փոխարեն, Այն դրսեւորվում է կոտրվածքների տարբեր մեխանիզմների եւ ձախողման ռեժիմների միջոցով, յուրաքանչյուրը ազդում է նյութական կազմի վրա, Բեռնման պայմանները, Ծառայությունների միջավայր, եւ ժամանակ.

Հասկանալով այս ձախողման ռեժիմները INGINESS- ի համար կարեւոր են ճիշտ նյութեր ընտրելու համար, Դիզայնի կայուն կառույցներ, եւ իրականացնել պրակտիկ սպասարկման ռազմավարություններ.

Ստորեւ ներկայացված է ինժեներական ծրագրերում հանդիպած կոտրվածքների եւ ձախողման ամենակարեւոր տեսակների խզումը:

Փխրուն կոտրվածք

Փխրուն կոտրվածք տեղի է ունենում քիչ թե շատ պլաստիկ դեֆորմացիայի եւ նախաձեռնվելուց հետո արագորեն տարածվում է. Այն հաճախ աղետալի է եւ տալիս է նվազագույն նախազգուշացում.

• Մեխանիզմ: Սովորաբար ենթադրում է կոտրվածք բյուրեղագրական ինքնաթիռների երկայնքով.
• Temperature երմաստիճանի զգայունություն: Տարածված է մարմնի վրա կենտրոնացած խորանարդի մեջ (Բեկոր) Metals Low ածր ածխածնային պողպատից, ենթակետ զրոյական ջերմաստիճանում.
• Կոտրվածքների մակերես: Տափակ, հատիկավոր, եւ կարող է ցուցադրել գետերի նախշերը կամ Chevrons- ը `մատնանշելով ծագումը.
• Օրինակ: 1940-ականների ազատության նավերը փխրուն կոտրվածքներ են զգացել ցածր ջերմաստիճանի ծառայության եւ զոդման վատ կոշտության պատճառով.

Կոտրվածքային կոշտություն (Ժլատ) փխրուն նյութեր կարող են լինել այնքան ցածր, որքան 1-5 mpa√m, դրանք խիստ ենթակա դարձնելով կոտրելու տարածումը.

Ձեռքի կոտրվածք

Ձեռքի կոտրվածք ներառում է զգալի պլաստիկ դեֆորմացիա նախքան ձախողումը եւ կլանում է ավելի շատ էներգիա, քան փխրուն կոտրվածքից, Այն ընդհանուր առմամբ ավելի ցանկալի դարձնելով անվտանգության տեսանկյունից.

• Փուլեր: Նախաձեռնելը (Անվավեր միջուկներ), աճ (Միկրոովոիդային համակցվածություն), եւ վերջնական կոտրվածք (Շրթունքների կտրում).
• Կոտրվածքների մակերես: Դեմլացված տեսքը էլեկտրոնային մանրադիտակի սկանավորման տակ (Որը).
• Բնորոշ նյութեր: Ալյումինե խառնուրդներ, Կառուցվածքային պողպատներ, պղինձ.
• Benefits: Ապահովում է նախազգուշական նշաններ նախքան ձախողումը, ինչպիսիք են պարանոցը.

Օրինակ, AISI 1018 պողպատ ցույց է տալիս 20% Երկարացում նախքան կոտրվածքից առաջ, նշելով ճկունության բարձր աստիճանը.

Հոգնածության կոտրվածք

Հոգնածության ձախողում հաշիվներ 80% ծառայության խափանումների ցիկլային բեռնման ենթակա մետաղական բաղադրիչներով.

• Փուլեր: Crack նախաձեռնություն → Crack Proccation → Վերջնական կոտրվածք.
• Հիմնական պարամետրեր:

• • S-N կորեր: Show ույց տվեք սթրեսի ամպլիտուդի միջեւ փոխհարաբերությունները (Ծուռ) եւ ցիկլերի քանակը ձախողման համար (Ն).

• Մակերեւութային առանձնահատկություններ: Լողափերի նշաններ եւ շերտեր, որոնք բացահայտում են ճեղքման աճի պատմությունը.

Օրինակ: Օդանավերի թեւի սպառումները հոգնածության ձախողում են զգում ցիկլային աերոդինամիկ բեռնման պատճառով, պահանջում է մանրակրկիտ ստուգման ռեժիմներ.

Սողացող փչացում

Սողալ ժամանակն է կախվածության դեֆորմացիան բարձրացված ջերմաստիճանում մշտական ​​բեռի տակ, ի վերջո հանգեցնելով սողացող փչացում.

• Բնորոշ նյութեր: Մետաղներ >0.4 Տ (որտեղ tm = հալման ջերմաստիճանը), ինչպիսիք են նիկելի վրա հիմնված գերծանրքաշային տուրբիններում.
• Փուլեր:

1. 1. Առաջնային (Լարումների արագության նվազում)
   2. Միջնակարգ (կայուն վիճակի սողալ)
   3. Երրորդային (արագացված սողացող, որը հանգեցնում է փչանալու)

• Սողացող կյանքի կանխատեսում: Հաճախ հիմնված է Larson-Miller պարամետր (LMP) կամ Norton-Bailey Law.

Օրինակ: Ինքնաթիռի տուրբինային շեղբերներ, որոնք պատրաստված են Inconel համաձուլվածքներից, դիմադրում են սողունին 1000° C, Սթրեսի կոտրման ժամանակներով գերազանցելով 10,000 ժամեր Ծառայության բեռների տակ.

Բնապահպանական ճաքում

Շրջակա միջավայրի օժանդակ ճաքում (Շիկ) ներառում է կոտրվածքներ, որոնք առաջացել կամ արագացել են բնապահպանական փոխազդեցություններով.

Սթրես-կոռոզիայից ճեղքումը (Շալվար):

• Տեղի է ունենում առաձգական սթրեսի տակ ընկալելի համաձուլվածքների մեջ եւ հատուկ քայքայիչ միջավայրում (օր., Քլորիդի ինդուկտիվ SCC չժանգոտվող պողպատից).
• Հաճախ բնության մեջ միջգերատեսչական.

Ջրածնի ասեղնագործություն:

• Ջրածնի ատոմները տարածվում են մետաղների մեջ, Ductility- ի իջեցում եւ վաղաժամ կոտրվածք առաջացնելը.
• Կրիտիկական բարձրորակ պողպատներում եւ տիտանի խառնուրդներում.

Օրինակ, բարձրորակ պողպատներ (>1200 MPA UTS) Հատկապես հակված են ծովածոց եւ ենթաօրենսդրական միջավայրում ջրածնի պատճառով.

Ազդեցության կոտրվածք

Ազդեցության բեռնումը ներկայացնում է բարձր լարվածության գներ, որը կարող է էապես փոխել նյութի ձախողման ռեժիմը, հաճախ այն քշելուց հետո փխրուն պահվածքից.

• Թեստավորման մեթոդներ:

• • Charpy V-Notch թեստ (ASTM E23)
  • Izod ազդեցության թեստ

• Չափված քանակություն: Ազդեցության էներգիան ներծծվում է կոտրվածքից առաջ (Joules).
• Ձգվող փխրուն անցումային ջերմաստիճանը (Ապխտած) ածխածնային պողպատից նման նյութերի հիմնական մետր է.

Օրինակ: Խոզական ազդեցության թեստերը դա բացահայտում են Մեղմ պողպատը կլանում է 200 Ժլատ սենյակային ջերմաստիճանում, բայց ներքեւում ընկնում է 20 J ժամը -40 ° C, նշելով կտրուկ ծծիչ-փխրուն անցում.

Ամփոփող սեղան: Կոտրվածքի հիմնական տեսակներ

6. Դիզայնի գործնական հետեւանքներ

Կոտրվածքի պահվածքը հասկանալը միայն սկիզբն է; Հաջորդ քայլը այս գիտելիքները կիրառելն է Իրական աշխարհի ճարտարագիտական ​​ձեւավորում.

Անկախ նրանից, թե ինքնաթիռի ֆուսելային արհեստ, բժշկական իմպլանտ, կամ կամուրջ կրող, Դիզայնի ինժեներները պետք է կանխատեսեն կոտրվածքների ռիսկեր եւ Մեղմացնել ձախողումը խելացի ինժեներական ռազմավարությունների միջոցով.

Այս բաժնում ներկայացված են հիմնական գործնական նկատառումները, որոնք օգտագործվում են բաղադրիչի ծառայության ամբողջ կյանքի ընթացքում կառուցվածքային ամբողջականությունը ապահովելու համար.

Անվտանգության գործոններ եւ ավելորդություն

Անվտանգության քննադատական ​​ծրագրերում, ձախողումը տարբերակ չէ.

Ինժեներների օգտագործում Անվտանգության գործոններ-Տիպիկ միջեւ 1.5 և 4 Փխրուն նյութերի համար `փխրուն նյութերի համար` հաշվի առնելով նյութական պահվածքի անորոշությունները, Բեռնման պայմանները, եւ արտադրություն թերություններ.

Որեվէ ավելին, դիզայներները ներկայացնում են ավելորդություն համակարգերի մեջ. Օրինակ:

• Օդանավերի օգտագործում Բեռի բազմակի ուղիներ Ապահովել, որ եթե մեկ բաղադրիչ ձախողվի, մյուսները կարող են բեռը կրել.
• Կամուրջները նախագծված են Անվտանգ հոդեր որոնք կանխում են կասկադների ձախողումները.

Ըստ ASME եւ NASA ստանդարտների, Անվտանգության ծանր օդատիեզերքների բաղադրիչները հաճախ պահանջում են վնասել հանդուրժողականության հավաստագրումը,

Ապացուցելով, որ կառույցը կարող է պահպանել տվյալ չափի ճեղքումը որոշակի քանակի ցիկլերի համար, նախքան ձախողումը.

Երկրաչափություն եւ սթրեսի կոնցենտրացիաներ

Ճաքերը հազվադեպ են ձեւավորվում միատեսակ սթրեսային մարզերում. Փոխարեն, նրանք նախաձեռնում են Սթրեսի կոնցենտրատորներ-Շարպ անկյուններ, անցքեր, զոդում ոտքեր, կամ թելերի արմատներ. որտեղ տեղական սթրեսները կարող են գերազանցել միջինը `ըստ գործոնի 2 դեպի 5.

Դա մեղմելու համար:

• Ֆիլե ավելացվում են ներքին անկյուններում.
• Հիմնական կտրվածքներ օգտագործվում են կոտրելու հուշումները.
• Խճճված անցում աշխատում են խաչմերուկում կտրուկ փոփոխությունները նվազեցնելու համար.

Որպես օրինակ, 90 ° ներքին անկյունը փոփոխելը a 5 MM շառավղի ֆիլեը կարող է նվազեցնել գագաթնակետային սթրեսը մինչեւ 60%, Դրամատիկորեն մեծացնելով հոգնածության կյանքը.

Նյութի ընտրություն

Նյութի ընտրությունը ոչ միայն ուժի մասին է, այն ներառում է զգույշ հավասարակշռություն:

• Կոշտություն (դիմադրություն ճաքի տարածմանը)
• Կոռոզիոն դիմադրություն (Հատկապես ծովային կամ կենսաբժշկական միջավայրում)
• Խտություն (Քաշի զգայուն ձեւավորումների համար)
• Հոգնածության կատարումը

Օրինակ:

• Titanium համաձուլվածքներ Առաջարկեք գերազանց կոշտություն եւ կոռոզիոն դիմադրություն, Հիանալի է իմպլանտների եւ օդատիեզերական մասերի համար.
• Բարձրորակ պողպատներ Տրամադրեք հոգնածության բարձրակարգ դիմադրություն, բայց կարող է պահանջել մակերեսային բուժում `ճեղքերի նախաձեռումը ճնշելու համար.

Ըստ ASTM թեստավորման, TI-6AL-4V- ի TI-6AL-4V- ի կոտրվածքի կոշտությունը կարող է գերազանցել 55 Կախարդություն, Դրանք դարձնելով նախընտրելի ընտրություն, որտեղ վնասի հանդուրժողականությունը կրիտիկական է.

Կյանքի տարածքներ եւ ստուգում

Երկարակեցության համար նախագծումը ներառում է նաեւ ակնկալել, թե ինչպես են ճաքերը նախաձեռնում եւ աճում են ժամանակի ընթացքում. Այս մոտեցումը, հայտնի է որպես Վնասի հանդուրժողական դիզայն, ներառում է:

• Պլանավորված ստուգումներ Ելնելով կանխատեսված ճեղքի աճի տեմպերի վրա
• Ոչ ապակառուցողական գնահատում (Նեցուկ) Մեթոդներ, ինչպիսիք են ուլտրաձայնային կամ ռենտգենյան ճառագայթների փորձարկումները
• Փոխարինելի հագուստի բաղադրիչներ որը կարելի է հեշտությամբ դիտարկել եւ փոխանակվել

Ավիատիեզերքում, Բղավոց 787 Կոմպոզիցիոն վահանակներ պարբերաբար ստուգվում են, օգտագործելով փուլային զանգվածի ուլտրաձայնային ցանցեր `անզեն աչքով անտեսանելի ենթադրելի ճաքերը հայտնաբերելու համար.

Այս պրակտիկ սպասարկումը երկարացնում է բաղադրիչ կյանքը `անվտանգության ապահովում.

Մակերեւութային եւ մնացորդային սթրեսներ

Մակերեւութային վիճակը նշանակալի դեր է խաղում ճեղքման նախաձեռնության մեջ. Կոպիտ մակերեսներ, Մշակման նշաններ, կամ կոռոզիոն փոսերը հաճախ դառնում են ցիկլային բեռնման ներքո նախաձեռնման կետեր.

Կոտրվածքների դիմադրությունը բարձրացնելու համար:

• Կրակոցներ Ներկայացնում է սեղմիչ մնացորդային սթրեսներ, որոնք դանդաղեցնում են ճեղքումը.
• Ծածկույթներ նման Ապարդյուն կամ PVD Բարելավել կոռոզիոն դիմադրությունը եւ նվազեցնել մակերեսային թերությունները.
• Փայլեցում կամ այրվող Հարթեցնում է մակերեսները, Հոգնածության կյանքի մեծացում 25-50% -ով.

Օրինակ, Ավտոմոբիլային կասեցման աղբյուրներ, որոնք անցնում են կրակոցներ ցուցադրել մինչեւ 200% Հոգնածության դիմադրության բարելավում, Ըստ SAE J2441 ստանդարտների.

7. Փորձարարական բնութագրում

Թեեւ տեսական մոդելներն ու սիմուլյացիաներն անվանում են անգնահատելի պատկերացումներ, է Կոտրվածքի պահվածքի իրական ընկալումը սկսվում է ֆիզիկական փորձարկումներից.

Փորձարարական բնութագրումը վավերացնում է ենթադրությունները, Calibrates կանխատեսելի մոդելները, եւ ապահովում է, որ նյութերն ու բաղադրիչները բավարարում են անվտանգության եւ կատարողականի ստանդարտներին `իրական աշխարհի բեռնման պայմաններում.

Այս բաժինը ներկայացնում է կոտրվածքների բնութագրման ամենաքննադատական ​​մեթոդները, Կարեւորելով ինչպես ստանդարտացված ընթացակարգերը, այնպես էլ դրանց գործնական նշանակությունը արդյունաբերություններում.

Առաձգական եւ սեղմիչ փորձարկում

Նյութական ձախողման վերլուծության հիմքում ընկած է Առաձգական եւ սեղմիչ փորձարկում. Այս թեստերը բացահայտում են, թե ինչպես են նյութերը պատասխանում Uniaxial Loading- ին, Հիմնական մեխանիկական հատկությունների սահմանում, ինչպիսիք են:

• Բերք տալ ուժ (էունք<ենթավամ>յ</ենթավամ>)
• Վերջնական առաձգական ուժ (Լարել)
• Երիտասարդների մոդուլ (Եփ)
• Ընդմիջում ընդմիջում

Ստանդարտացված Ասթմա E8 / E8M, Առաձգական փորձարկումը սովորաբար օգտագործում է շների ոսկորների ձեւավորված նմուշներ, որոնք քաշվել են մշտական ​​լարվածության արագությամբ, մինչեւ կոտրվածք.

Օրինակ, ASTM A36- ի նման կառուցվածքային պողպատը կարող է ցույց տալ UTS 400-550 MPA եւ Elongation 20-25%.

Սեղմիչ փորձարկումներում, հատկապես խիստ կարեւոր է փխրուն նյութերի համար, ինչպիսիք են կերամիկան կամ չուգուն արդուկներ-նմուշները, սեղմվում են նույնականացման համար Buckling սահմաններ և Սեղմիչ ուժ,

սովորաբար իրականացվում է ASTM E9 ստանդարտների ներքո.

Կոտրվածքների կոշտության փորձարկում

Հասկանալ, թե ինչպես է կոտրվում սթրեսի տակ պահվում, Ինժեներները կատարում են Կոտրվածքների կոշտության փորձարկում, Հաճախ օգտագործելով նախնական ճեղքված նմուշներ, որոնք ենթարկվում են վերահսկվող բեռնման.

• ASTM E399 Սահմանում է ինքնաթիռի լարված կոտրվածքի կոշտության թեստը, զիջելով Կարեւոր սթրեսի ինտենսիվության գործոն (Ք<ենթավամ>Ic</ենթավամ>).
• Ձեռք բերող նյութերի համար, է J-Integral մեթոդ (ASTM E1820) Հաշվում է ոչ գծային էներգիայի տարածման մասին ճեղքման աճի ընթացքում.

Օրինակ, Aerospace-Glad Aluminum Alloy 7075-T6 ցուցանմուշներ Ք<ենթավամ>Ic</ենթավամ> of ~ 25-30 mpa ·, Մինչդեռ որոշակի ծայրահեղ կոշտ պողպատներ կարող են գերազանցել 100 Mpa · √.

Այս արժեքներն ուղղակիորեն կերակրում են վնասի հանդուրժողական դիզայնի հաշվարկների մեջ, Թույլատրելի թույլատրելի չափերի եւ ստուգման ընդմիջումների որոշում.

Հոգնածության փորձարկում

Քանի որ 90% Մեխանիկական անհաջողությունների պատճառով տեղի են ունենում հոգնածության պատճառով, Այս փորձարկման մեթոդը անհրաժեշտ է. Հոգնածության փորձարկումը որոշելու համար նյութեր է ենթարկում ցիկլային բեռնման համար:

• Կայունության սահմանը (Ծուռ<ենթավամ>եփ</ենթավամ>)
• Հոգնածության կյանք (Ն<ենթավամ>չալ</ենթավամ>)
• Crack Propagation Rate (Da / dn)

Մեթոդները ներառում են:

• Պտտվող ճկման թեստեր
• Առանցքի հոգնածություն (լարվածության սեղմում)
• Բնակվել հոգնածություն սողացող հոգնածության փոխազդեցության համար

S-N կորեր (սթրես ընդդեմ. ցիկլեր) բացահայտեք, թե որքան ժամանակ կարող է գոյատեւել կրկնակի սթրեսի տակ.

AISI- ի նման պողպատների համար 1045, Հոգնածության սահմանը մոտավորապես է 0.5 Uts, կամ այդ մասին 250 MPA բնորոշ ուժեղ կողմերի համար.

Փարիզի օրենքը (da / dn = c(Δ)<սուպ>մ</սուպ>) Օգնում է կանխատեսել ճաքի աճի տեմպը կայուն տարածման փուլում, հատկապես կարեւոր է օդատիեզերական եւ միջուկային բաղադրիչներում.

Ազդեցության եւ թեքման փորձարկում

Ազդեցության ստուգումը քանակականացնում է, թե ինչպես են նյութերը արձագանքում հանկարծակի, Բարձր մակարդակի բեռնում, անհրաժեշտ է, ինչպիսիք են ավտոմոբիլային վթարի անվտանգության կամ սեյսմիկ բեռների տակ գտնվող կառուցվածքային ձախողումը.

• Charpy եւ Izod ազդեցության թեստեր (ASTM E23) Չափել կոտրվածքի ընթացքում ներծծված էներգիան, նշելով անվանման կոշտությունը.
• CHARPY արժեքները կարող են հասնել 80-120 j, մինչդեռ փխրուն կերամիկան կարող է կլանել <10 Ժլատ.

Երեք կետով թեքման թեստեր, Մյուս կողմից, օգտագործվում են չափելու համար Flex անապարհային ուժ և Կոտրվածքի պահվածքը շերտավորված կամ փխրուն նյութերով ինչպիսիք են կոմպոզիտները, պոլիմերներ, կամ լամինատներ.

Այս մեթոդները պատկերացում են տալիս Կոտրվածքների նախաձեռումը դինամիկ կամ բազմամյա բեռնման տակ, Ստատիկ թեստերի լրացում.

Fractography

Կոտրվածքների իրադարձություն ամբողջությամբ ախտորոշելու համար, Ինժեներները դիմում են Fractography- Կոտրված մակերեսների մանրամասն ուսումնասիրությունը, օգտագործելով:

• Օպտիկական մանրադիտակ Մակրոապատ ճաքի ուղու վերլուծության համար
• Էլեկտրոնային մանրադիտակների սկանավորում (Որը) Միկրոհամակարգային առանձնահատկությունների համար

Fractography- ը բացահայտում է:

• Փխրուն կոտրվածքի նախշեր (ճեղք, ԳՅՈՒՂԻ ՆՇԱՆԱԿՆԵՐ)
• Ձեռքի առանձնահատկություններ (Զուգալի կոտրվածք `դատարկ համակցվածությունից)
• Հոգնածության շերտեր Showing ուցադրվում է ցիկլային ճեղքի աճ
• Միջնակարգ վնաս կոռոզիայից կամ ծանրաբեռնվածությունից

Ամփոփող աղյուսակ - կոտրվածքների վերլուծության հիմնական փորձարարական տեխնիկա

8. Կոտրվածքների փորձարկման առավելություններն ու մարտահրավերները

Կոտրվածքի փորձարկումը կանգնած է որպես ժամանակակից նյութական գնահատման եւ կառուցվածքային ամբողջականության գնահատման հիմնաքար.

Այն առաջարկում է ինժեներներին էմպիրիկ հիմքը `կանխելու համար բաղադրիչի պահվածքը սթրեսի տակ, Խուսափեք աղետալի ձախողումներից, եւ դիզայնն ավելի անվտանգ է, Ավելի հուսալի արտադրանք.

Այնուամենայնիվ, Այս կենսական գործընթացը առանց տեխնիկական չէ, նյութատեխնիկական, եւ ֆինանսական խոչընդոտներ.

Այս բաժինը ուսումնասիրում է Երկակի լանդշաֆտ կոտրվածքի փորձարկում, Կարեւորելով դրա նշանակալիությունը Նպաստներ Միաժամանակ ճանաչելով այն Բարդ մարտահրավերներ,

Հատկապես լաբորատոր տվյալները իրական աշխարհի հուսալիության մեջ թարգմանելիս.

Կոտրվածքների փորձարկման առավելությունները

Բարելավում է նյութի ընտրությունը եւ որակավորումը

Կոտրվածքի փորձարկումը թույլ է տալիս ինժեներներին Քվանտավորեք կրիտիկական հատկությունները ինչպիսիք են կոտրվածքի կոշտությունը (Ժլատ), Հոգնածության կյանք (Նֆ), եւ էներգիայի կլանում.

Այս չափումները նախընտրում են բարձրորակ ծրագրերի համար հարմարավետ նյութերի ընտրությունը, ինչպիսիք են օդատիեզերական թեւի սպառումները, Միջուկային ճնշման անոթներ, կամ օրթոպեդիկ իմպլանտներ, որտեղ ձախողումը տարբերակ չէ.

Օրինակ, ASTM F136 TI-6AL-4V ELI Titanium- ը օգտագործվում է բժշկական իմպլանտների մեջ, պարբերաբար փորձարկվում է կոտրվածքի կոշտության համար `Vivo- ում անվտանգ բեռների անվտանգ կատարումը ապահովելու համար.

Վավերացնում է դիզայնի ամբողջականությունը

Կոտրվածքների թեստերը մոդելավորում են իրական կյանքի պայմանները, բացահայտելով, թե ինչպես են ճաքերը նախաձեռնում եւ տարածվում տարբեր բեռնման սցենարների ներքո.

Դիզայներները կարող են հետո Օպտիմիզացնել երկրաչափությունը, Նվազեցնել սթրեսի կոնցենտրացիաները, եւ իրականացնել անվտանգության համապատասխան գործոններ.

Կրիտիկական ոլորտներում, ինչպիսիք են ավիացիան, Այս խորաթափանցությունը հնարավորություն է տալիս Վնասի հանդուրժողական դիզայն, որը ընդունում է փոքր թերություններ, բայց խանգարում է նրանց աղետալի դառնալ.

Աջակցում է կարգավորող համապատասխանությանը

Շատ արդյունաբերություններ, -ից ավտոմոբիլային (ISO 26262) դեպի օդատիեզերական (Բաճկոն, Խուսափանք), Մանդատ կոտրվածքային կոշտություն, հոգնածություն, կամ ազդեցության փորձարկում, որպես նյութական եւ բաղադրիչի սերտիֆիկացման մաս.

Այս ստանդարտների բավարարումը հավաստիացնում է շահագրգիռ կողմերին Ապրանքի հուսալիություն եւ անվտանգություն.

Բարելավում է կանխատեսելի պահպանման եւ կյանքի ընթացքում կառավարումը

Կոտրվածք եւ հոգնածության տվյալների հոսք Թվային երկվորյակներ եւ կանխատեսելի պահպանման մոդելներ, Օգնելով գնահատել մնացած օգտակար կյանքը (Ի կառավար) եւ կանխել չնախատեսված դադարը.

Տվյալների վրա հիմնված սպասարկման գրաֆիկները կարող են երկարաձգել ծառայության ժամկետը 10-30% -ով, Անվտանգությունը պահպանելիս կյանքի ցիկլի ծախսերը նվազեցնելը.

ՆԵՐԿԱՅԱՆՈՒՄ ԵՆ ՆԵՐԴՐՈՒՄՆԵՐԻ ԵՎ ԱՐՏԱԴՐՈՒԹՅՈՒՆՈՒՄ

Թեստավորումը բացահայտում է, թե որքան նոր համաձուլվածքներ են, ջերմային բուժում, եւ կեղծիքների մեթոդները ազդում են կոտրվածքի դիմադրության վրա.

Դա էական քայլ է առաջադեմ նյութերի որակավորման գործում, ինչպիսիք են հավելյալ արտադրված մետաղներ կամ Նանո-կառուցվածքային կոմպոզիտներ, Իրական աշխարհի տեղակայման համար.

Կոտրվածքի փորձարկման մարտահրավերներ

Չնայած իր օգտակարությանը, Կոտրվածքների փորձարկումն ռեսուրսների ինտենսիվ է եւ բազմաթիվ սահմանափակումներ է ներկայացնում, որ ինժեներներն ու հետազոտողները պետք է ուշադիր կառավարեն.

Նմուշի պատրաստում եւ երկրաչափական զգայունություն

Ստանդարտացված թեստային նմուշների պատրաստում (օր., Կոմպակտ լարվածություն կամ խարխուլ բարեր) պահանջում է ճշգրիտ հաստոցներ եւ մակերեւույթի ավարտի հսկողություն.

Երկրաչափության կամ մակերեսի վիճակում ցանկացած շեղում կարող է էապես ազդեցության արդյունքների, Հատկապես կոտրվածքի կոշտության եւ հոգնածության թեստերի մեջ.

Բնապահպանական վերահսկողություն եւ ռեալիզմ

Կոտրվածքի պահվածքը հաճախ կախված է ջերմաստիճան, խոնավություն, եւ բեռնման արագությունը.

Թեստավորումը պետք է վերարտադրի ծառայության պայմանները, ինչպիսիք են տուրբինային շեղբերով բարձրացված ջերմաստիճանը կամ կրիպոգենական պայմանները LNG տանկերում `իմաստալից տվյալներ բերելու համար.

Creep կոտրվածքների թեստեր, Օրինակ, Կարող է պահանջել կայուն փորձարկումներ `հազարավոր ժամերով 600-800 ° C ջերմաստիճանում` իրական քայքայման մեխանիզմները մոդելավորելու համար.

Լաբորատորիաներից մինչեւ ամբողջական բաղադրիչներ

Թեստային կտրոնները հաճախ տարբերվում են մասշտաբով, երկրաչափություն, եւ սահմանափակումների պայմանները իրական բաղադրիչներից.

Արդյունքում, Ինժեներները պետք է կիրառվեն Ուղղակի գործոններ կամ կատարեք լիարժեք վավերացում, Արժեքի եւ բարդության բարձրացում.

Ժամանակի եւ ծախսերի սահմանափակումներ

Բարձր հավատարիմ կոտրվածքի փորձարկում, Հատկապես հոգնածության կամ սողացող փորձեր, կարող է լինել Ժամանակատար եւ թանկ.

Կարող է առաջադրվել մեկ հոգնածության թեստ 10⁶ to 10⁸ ցիկլեր, երբեմն շաբաթներ ավարտելու համար.

ԱՊԱԳԱ ճնշման տակ գտնվող ոլորտներում, ինչպիսիք են սպառողական էլեկտրոնիկան կամ արդյունաբերական մեքենաները, Կոտրվածքի լայնածավալ փորձարկումները կարող են տնտեսապես կենսունակ լինել բոլոր բաղադրիչների համար.

Մեկնադրման բարդ ռեժիմների մեկնաբանություն

Կոտրվածքի պահվածքը միշտ չէ, որ պարզ է.

Միկրոհամակարգային առանձնահատկությունների միջեւ փոխազդեցություն, Սթրեսի եռյակ, եւ բնապահպանական դեգրադացիան կարող է արտադրել Խառը ռեժիմի ձախողումներ կամ երկրորդային ճեղքումը, որը բարդացնում է ախտորոշումը.

Ընդլայնված գործիքներ SEM Fractography, Ռենտգենյան հաշվարկված տոմոգրաֆիա, կամ Թվային պատկերի հարաբերակցությունը (Դիլ) երբեմն պահանջվում է լիարժեք հասկանալ կոտրվածքների մեխանիզմները, Լրացուցիչ ծախսերի եւ վերլուծական ջանքերի ավելացում.

8. Եզրափակում

Կոտրվածք կամ կոտրող կետը պարզապես նյութական սահման չէ. Դա դիզայն է, անվտանգություն, եւ տնտեսական մտահոգություն, որը պահանջում է բազմամասնագիտական ​​ուշադրություն.

Ինժեներները կարող են արդյունավետորեն կառավարել կոտրվածքի ռիսկերը եւ բարձրացնել կառուցվածքային ամբողջականությունը `ինտեգրվելով հիմնարար մեխանիկայի հետ, Նյութագիտություն, փորձարկում, եւ կանխատեսելի մոդելավորում.

Որպես նյութեր եւ մոնիտորինգի տեխնոլոգիաներ առաջխաղացում, Անհաջողությունները կանխատեսելու եւ կանխելու ունակությունը կդառնա ավելի ճշգրիտ եւ ակտիվ.