تعریف تئوری های شکست (Failure Theories) و انواع آن:
«تئوری شکست» (Failure Theory)، دانشِ پیش بینی شرایط شکست جامدات در حین اعمال بارهای خارجی است.
با توجه به شرایط موجود (دما، حالت تنش، نرخ بارگذاری)، رفتار مواد در هنگام شکست می تواند به صورت شکننده یا شکل پذیر باشد.
از این رو، در اکثر مسائل کاربردی مواد به دو دسته کلی شکننده و شکل پذیر تقسیم می شوند.
با وجود گذشت 200 سال از شروع توسعه تئوری شکست، میزان مقبولیت آن در سال های اخیر و در حوزه مکانیک محیط های پیوسته در حال نزدیک شدن به سطح مطلوب است.
در ریاضیات، تئوری شکست در قالب معیارهای مختلفی بیان می شود که هر یک از آن ها برای مواد مشخصی اعتبار دارند.
معیارهای شکست، توابعی در فضای تنش و کرنش هستند که حالت های «شکست» (Failed) و «عدم شکست» (Unfailed) را از یکدیگر متمایز می کنند. بیان یک تعریف فیزیکی دقیق برای حالت شکست با استفاده از اعداد و ارقام به سادگی امکان پذیر نیست.
به همین دلیل، تعاریف اجرایی متعددی در جوامع مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند.
تقریباً در اغلب موارد، معیارهای تجربی مشابه ای برای پیش بینی شکست مواد شکننده و تسلیم مواد شکل پذیر به کار گرفته می شوند.
شکست مواد:
در علم مواد، از بین رفتن ظرفیت باربری یک ماده به عنوان شکست آن ماده تعریف می شود. بر اساس این تعریف، شکست یک ماده در مقیاس های مختلفی (میکروسکوپی تا ماکروسکوپی) قابل ارزیابی است.
در مسائل مرتبط با سازه ها، امکان عکس العمل سازه پس از شروع رفتار غیر خطی نیز وجود دارد. از این رو، شکست ماده نقش بسیار مهمی را در تعیین یکپارچگی و ایمنی سازه بازی می کند.
از طرف دیگر، عدم وجود معیارهای گسیختگی مورد تأیید (برای تمام شرایط)، باعث اجرای تحقیقات بیشتری بر روی ارزیابی آسیب دیدگی سازه ها با توجه به موضوع شکست مواد شده است.
انواع شکست:
شکست مواد را می توان با توجه به مقیاس ارزیابی آن ها به دو دسته کلی، شکست میکروسکوپی و ماکروسکوپی تقسیم بندی کرد.
در ادامه، هر یک از این شکست ها را به طور مختصر توضیح می دهیم.
شکست میکروسکوپی:
شکست میکروسکوپی مواد با توجه به شروع و رشد ترک های در درون آن ها تعریف می شود.
بررسی این نوع شکست، روش مناسبی برای درک بهتر نحوه ایجاد ترک در نمونه های آزمایشگاهی و سازه هایی است که تحت توزیع بارگذاری های سراسری معین قرار دارند.
معیارهای شکست در این حالت، به گسیختگی میکروسکوپی ماده مربوط می شوند. مدل های شکست میکرو مکانیکی، محبوب ترین مدل های شکست در مقیاس میکروسکوپی هستند.
مدل های میکرو مکانیکی از مزایای دو حوزه مکانیک محیط های پیوسته و مکانیک شکست کلاسیک بهره می برند.
فرآیند شکست میکروسکوپی به این ترتیب است که در ابتدا، شروع تغییر شکل پلاستیک باعث ایجاد ریز حفره ها و گسترش آن ها درون ماده می شود.
این فرآیند تا تشکیل یک ناحیه باریک شدگی پلاستیک یا گسیختگی فضای بین حفره ها ادامه می یابد. در نهایت، حفره های مجاور به یکدیگر متصل می شوند. مبنای توسعه مدل های میکرو مکانیکی همین فرآیند است.
یکی از مدل های میکرو مکانیکی، توسط «گرسن» (Gurson) ارائه و توسط «تروگارد» (Tvergaard) و «نیدلمن» (Needleman) تعمیم داده شد.
این مدل با عنوان «GTN» شناخته می شود. یکی دیگر از این مدل ها، توسط «روسلیِر» (Rousselier) و بر اساس «مکانیک آسیب محیط های پیوسته» (Continuum Damage Mechanics) و ترمودینامیک توسعه یافت.
هر دوی مدل ها، فرم اصلاح شده ای از «پتانسیل تسلیم فون میزز» (von Mises Yield Potential) را با معرفی یک کمیت آسیب اسکالر ارائه کردند.
این کمیت اسکالر، نسبت حجم فضای خالی حفره ها به حجم ماده یا همان تخلخل را نشان می دهد.
شکست ماکروسکوپی:
شکست ماکروسکوپی مواد با توجه به ظرفیت باربری یا ظرفیت ذخیره انرژی آن ها تعریف می شود. معیارهای شکست ماکروسکوپی در یکی از چهار گروه زیر قرار می گیرند:
به طور کلی، پنج سطح مختلف برای تعریف شکست و تغییر شکل وجود دارد. این سطوح عبارت اند از:
رفتار مواد در هر یک از این سطوح به صورت مجموعه ای از رفتار سطح زیرین آن در نظر گرفته می شود. معیارهای شکست و تغییر شکل کارآمد، با تمامی این سطوح سازگاری دارند.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
