Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Материалдар немесе құрылымдардың кернеумен бөлінуі – сынықтар ғылымы.
Split of materials or structures under stress
the science of fractures
Сынық – бұл кернеу әсерінен дененің немесе материалдың жарылуы немесе екі немесе одан көп бөлікке толық бөлінуі. Қатты дененің сынуы әдетте, оның ішіндегі белгілі бір ығысу үзіліс беттерінің пайда болуына байланысты жүзеге асады. Егер ығысу бетке перпендикуляр бағытта болса, ол қалыпты созу жарығы немесе жай ғана жарық деп аталады; ал ығысу тангенциалды бағытта болса, ол қисайту жарығы, сығу жолағы немесе дислокация деп аталады. Жұмсақ материалдардың сынуы көзге көрінетін деформациясыз болады. Майлы материалдардың сынуы көзге көрінетін деформациядан кейін пайда болады. Сыну беріктігі – бұл сынаманың сынуы немесе жарылуы кезіндегі кернеу. Материалдарда сынықтың қалай пайда болатынын және қалай дамитынын толық түсіну – сынық механикасының мақсаты.
Fracture is the appearance of a crack or complete separation of an object or material into two or more pieces under the action of stress. The fracture of a solid usually occurs due to the development of certain displacement discontinuity surfaces within the solid. If a displacement develops perpendicular to the surface, it is called a normal tensile crack or simply a crack; if a displacement develops tangentially, it is called a shear crack, slip band, or dislocation. Brittle fractures occur without any apparent deformation before fracture. Ductile fractures occur after visible deformation. Fracture strength, or breaking strength, is the stress when a specimen fails or fractures. The detailed understanding of how a fracture occurs and develops in materials is the object of fracture mechanics.
Қуаттылығы
Сынған беріктігі, сонымен қатар бұзылған беріктігі деп те аталады, – үлгінің сыну арқылы зақымдану кезіндегі кернеу. Бұл әдетте берілген үлгі үшін созу сынағы арқылы анықталады, ол кернеу-деформация қисығын көрсетеді (суретті қараңыз). Тіркелген соңғы нүкте – сыну беріктігі. Жейде материалдардың сыну беріктігі соңғы созу беріктігінен (UTS) төмен, ал хрупқа материалдарда сыну беріктігі UTS-қа тең. (жақындағы талқылау үшін қараңыз). Осыған ұқсас байқауларды Галилео Галилей 400 жылдан астам бұрын жасаған. Бұл – ақаулардың ең жоғары статистикалық сипаттамасының көрінісі (үлкен үлгі көлемінде ақаулар жинақталу нәтижесінде пайда болатын ауытқуларға байланысты ірі ақаулар болуы мүмкін, бұл үлгінің беріктігін төмендетеді).
Fracture strength, also known as breaking strength, is the stress at which a specimen fails via fracture. This is usually determined for a given specimen by a tensile test, which charts the stress–strain curve (see image). The final recorded point is the fracture strength. Ductile materials have a fracture strength lower than the ultimate tensile strength (UTS), whereas in brittle materials the fracture strength is equivalent to the UTS. for a recent discussion). Similar observations were made by Galileo Galilei more than 400 years ago. This is the manifestation of the extreme statistics of failure (bigger sample volume can have larger defects due to cumulative fluctuations where failures nucleate and induce lower strength of the sample).
Түрлері
Сынған жерлер екі түрлі болады: қатаң және серпімді сынған жерлер, сәйкесінше, бұзылуға дейін пластикалық деформациясыз немесе оның болуымен.
There are two types of fractures: brittle and ductile fractures respectively without or with plastic deformation prior to failure.
Керамика және органикалық емес шыны
Керамика мен органикалық емес шынылардың сыну мінез-құлқы металл материалдарынан өзгеше. Керамика жоғары беріктікке ие және материалдың беріктігі температураға тәуелді болмағандықтан, жоғары температурада да жақсы жұмыс істейді. Керамиканың тартылу жүктемесі кезінде сынақтан өткізу арқылы анықталатын төмен соқтығу қабілеті бар; көбінесе керамиканың мәндері металдардағыдан шамамен 5%-ға төмен болады. Күнделікті қолдануда керамика көбінесе қысыммен жүктеледі, сондықтан қысымға беріктік жиі беріктік деп аталады; бұл беріктік көбінесе көптеген металдардан асып түседі. Дегенмен, керамика жұмсақ, сондықтан көптеген жұмыстар жұмсақ сынудың алдын алуға бағытталған. Керамиканың өндірілу және өңделу процесіне байланысты, материалда бұрыннан бар кемшіліктер жиі кездеседі, бұл I типтегі жұмсақ сынудың жоғары өзгергіштігіне әкеледі. Жинақ бір-біріне параллель, бірдей ұзындықтағы және әрқайсысының серіппе тұрақтысы бірдей болатын көптеген Гук серіппелерінен тұрады. Алайда, олардың сындыру стресі әртүрлі. Бұл серіппелердің барлығы қатаң көлденең платформаға ілінген. Жүктеме серіппелердің төменгі ұштарына қосылған көлденең платформаға бекітіледі. Егер төменгі платформа толығымен қатаң болса, жүктеме кез келген уақытта барлық сақталған талшықтарға тең бөлінеді (қанша талшық немесе серіппе жыртылса да және қайда болса да). Мұндай жүктеме бөлу режимі – тең жүктеме бөлу режимі деп аталады. Төменгі платформаның да шекті беріктігі болуы мүмкін, сондықтан серіппелер бұзылған жерде платформаның жергілікті деформациясы пайда болады және сақталған көрші талшықтар бұзылған талшықтан ауысқан жүктеменің үлкен бөлігін бөлісуге тиіс. Ең экстремалды жағдай – жергілікті жүктеме бөлу моделі, онда бұзылған серіппе немесе талшықтың жүктемесі (әдетте тең) ең жақын көрші талшықтармен бөліседі. Ең көп қолданылатын есептеулік сандық әдістер – шекті элементтер және шекті интегралдық теңдеу әдістері. Басқа әдістерге кернеу және орын ауыстыруды сәйкестендіру, элементтік жарықтардың жылжуы жатады, соңғы екеуі – есептеулік сыну механикасының дәстүрлі әдістеріне жатады.
Ceramics and inorganic glasses have fracturing behavior that differ those of metallic materials. Ceramics have high strengths and perform well in high temperatures due to the material strength being independent of temperature. Ceramics have low toughness as determined by testing under a tensile load; often, ceramics have values that are ~5% of that found in metals. Ceramics are usually loaded in compression in everyday use, so the compressive strength is often referred to as the strength; this strength can often exceed that of most metals. However, ceramics are brittle and thus most work done revolves around preventing brittle fracture. Due to how ceramics are manufactured and processed, there are often preexisting defects in the material introduce a high degree of variability in the Mode I brittle fracture. The bundle consists of a large number of parallel Hookean springs of identical length and each having identical spring constants. They have however different breaking stresses. All these springs are suspended from a rigid horizontal platform. The load is attached to a horizontal platform, connected to the lower ends of the springs. When this lower platform is absolutely rigid, the load at any point of time is shared equally (irrespective of how many fibers or springs have broken and where) by all the surviving fibers. This mode of load sharing is called Equal Load Sharing mode. The lower platform can also be assumed to have finite rigidity, so that local deformation of the platform occurs wherever springs fail and the surviving neighbor fibers have to share a larger fraction of that transferred from the failed fiber. The extreme case is that of local load sharing model, where load of the failed spring or fiber is shared (usually equally) by the surviving nearest neighbor fibers. Most used computational numerical methods are finite element and boundary integral equation methods. Other methods include stress and displacement matching, element crack advance in which latter two come under Traditional Methods in Computational Fracture Mechanics.
Шекті элементтер әдісі
Құрылымдар 1D сәулелік, 2D жазықтық кернеу немесе жазықтық деформация, 3D кірпіш немесе тетраэдр типтес дискретті элементтерге бөлінеді. Элементтердің үзділігі түйіндер арқылы қамтамасыз етіледі.
The structures are divided into discrete elements of 1 D beam, 2 D plane stress or plane strain, 3 D bricks or tetrahedron types. The continuity of the elements are enforced using the nodes.
Шекаралық интеграл теңдеуі әдісі
Бұл әдісте бет екі аймаққа бөлінеді: белгілі бір ығысулар берілген Su аймағы және белгілі бір тартылыстар берілген ST аймағы. Берілген шекаралық шарттар бойынша, дене ішіндегі кернеулер, деформациялар және ығысулар, сондай-ақ Su-дағы тартылыстар мен ST-дегі ығысулар теориялық тұрғыдан шешілуі мүмкін. Бұл – белгісіз тартылыстар мен ығысуларды анықтау үшін өте қуатты техника.
In this method, the surface is divided into two regions: a region where displacements are specified Su and region with tractions are specified ST With given boundary conditions, the stresses, strains, and displacements within the body can all theoretically be solved for, along with the tractions on Su and the displacements on ST. It is a very powerful technique to find the unknown tractions and displacements.