Lomové Mechaniky

Přehled

Lomové mechaniky je metodika, která se používá k předpovědi a diagnostikovat selhání části s existující trhliny nebo vady. Přítomnost trhliny v části zvětšuje napětí v blízkosti trhliny a může mít za následek selhání před předpověděným použitím tradičních metod pevnosti materiálů.

tradičním přístupem k návrhu a analýze součásti je použití konceptů pevnosti materiálů. V tomto případě se vypočítají napětí způsobená aplikovaným zatížením. Porucha se stanoví, že nastane, jakmile aplikované napětí překročí pevnost materiálu (mez kluzu nebo mez pevnosti, v závislosti na kritériích selhání).

v lomové mechanice se vypočítá faktor intenzity napětí jako funkce aplikovaného napětí, velikosti trhliny a geometrie dílu. K selhání dochází, jakmile faktor intenzity napětí překročí lomovou houževnatost materiálu. V tomto okamžiku bude trhlina růst rychlým a nestabilním způsobem až do zlomeniny.

Lomové mechaniky je důležité zvážit několik důležitých důvodů:

• Praskliny a trhliny-jako nedostatky se vyskytují mnohem častěji, než by se dalo očekávat. Trhliny mohou buď existovat v části, nebo se mohou vyvinout kvůli vysokému stresu nebo únavě.
• typicky, jak se zvyšuje pevnost materiálu, lomová houževnatost klesá. Intuice mnoha inženýrů, kteří dávají přednost materiálům s vyšší pevností, je může vést po nebezpečné cestě.
• ignorování lomové mechaniky může vést k selhání součástí při zatížení pod očekávanou pevností.
• selhání způsobené křehkou zlomeninou je rychlé a katastrofické a poskytuje malé varování.

obrázek níže ukazuje tanker SS Schenectady, jednu z lodí Liberty z druhé světové války a jednu z nejznámějších zlomových poruch. Všechny lodě Liberty měly tendenci praskat během chladného počasí a rozbouřeného moře, a několik lodí bylo ztraceno. Přibližně polovina trhlin iniciovaných v rozích čtvercových poklopů, které fungovaly jako stoupačky napětí. SS Schenectady se rozdělil na dvě části, zatímco seděl v doku. Pochopení lomové mechaniky by těmto ztrátám zabránilo.

Koncentrace Napětí Kolem Trhliny

Trhliny působí jako stres stoupačky a způsobit stres v části špice u špičky trhliny. Jako jednoduchý příklad zvažte případ eliptické trhliny ve středu nekonečné desky:

teoretická hodnota napětí na špičce elipsa je dána:

kde σ je nominální napětí a ρ je poloměr křivosti elipsy, ρ = b2/a.

Jako poloměr crack tip blíží k nule, teoretické napětí blížící se nekonečnu. Tento nekonečný stres je známý jako stresová singularita a není fyzicky možný. Místo toho se napětí rozděluje přes okolní materiál, což vede k plastické deformaci materiálu v určité vzdálenosti od špičky trhliny. Tato oblast plastické deformace se nazývá plastová zóna a je popsána v pozdější části. Plastická deformace způsobuje otupení špičky trhliny, což zvyšuje poloměr zakřivení a přináší napětí zpět na konečné úrovně.

Kvůli stresu singularity problémy, které vznikají při použití koncentrace napětí přístupu, a to proto, plastická zóna, která se vyvíjí kolem bezva tip, který činí stresu koncentrace přístup neplatné, ostatní metody byly vyvinuty pro charakterizaci zdůrazňuje, blízko hrotu trhliny. Nejrozšířenější metodou, která se dnes používá, je výpočet faktoru intenzity stresu, jak je popsáno v pozdější části.

Režimy Načítání

Existují tři základní režimy, které definují orientaci trhliny vzhledem k zatížení. Trhlina může být načtena výhradně v jednom režimu, nebo může být načtena v nějaké kombinaci režimů.

výše uvedený obrázek ukazuje tři primární režimy načítání trhlin. Režim I se nazývá Otevírací režim a zahrnuje tahové napětí, které táhne trhliny od sebe. Režim II je posuvný režim a zahrnuje smykové napětí posuvné plochy trhliny ve směru rovnoběžném s dimenzí primární trhliny. Režim III je režim trhání a zahrnuje smykové napětí posuvné plochy trhliny ve směru kolmém na rozměr primární trhliny.

Technická analýza téměř výhradně zvažuje režim I, protože je to nejhorší situace a je také nejběžnější. Trhliny obvykle rostou v režimu I, ale v případě, že se trhlina nespustí v režimu I, změní se na režim i, jak je znázorněno na obrázku níže.

Intenzity Napětí Faktor,

intenzity napětí faktor je užitečným konceptem pro charakterizování pole napětí v blízkosti trhliny tip.

Pro Režim I zatížení, lineární-elastická napětí ve směru aplikované zatížení u ideálně ostrý crack tip může být vypočtena jako funkce umístění s ohledem na crack tip vyjádřené v polárních souřadnicích:

termín K, volal intenzity napětí faktor, může být definována ve formě:

kde jednotky jsou buď ksi√nebo v MPa√m.

intenzity napětí faktor pro Režim jsem crack je psaný jako K. I. (Od tohoto bodu kupředu, předpokládá se, že všechny stresové faktory jsou intenzita Režimu jsem z důvodů diskutovaných dříve, tak intenzity napětí bude označován jednoduše jako K. Pomocí rovnice pro intenzity napětí faktor, původní rovnice pro namáhání u ideálně ostrý crack tip může být re-psaný jako:

Pro θ = 0, výše uvedené rovnice se zjednoduší na:

prodloužit případě ideálně ostrý crack tip na situace, s reálnými crack geometrií, intenzity napětí faktor lze zobecnit jako:

kde je crack velikost a Y je bezrozměrný faktor geometrie, která je závislá na geometrii trhliny, geometrii dílu a načítání konfigurace.

je důležité si uvědomit, že, protože rovnice popisující lineární-elastická napětí pole, byly použity k rozvoji intenzity napětí faktor vztahu výše, pojem intenzity napětí faktor je platný pouze pokud se oblast plastické deformace v blízkosti crack tip je malý. To bude podrobněji popsáno v pozdější části.

řešení faktoru intenzity napětí

obtížnou částí výpočtu faktoru intenzity napětí pro konkrétní situaci je nalezení vhodné hodnoty bezrozměrného geometrického faktoru, y. Tento geometrický faktor závisí na geometrii trhliny, geometrii součásti a konfiguraci zatížení. Klasický případ je deska s trhlinou středem, jak je znázorněno níže:

intenzity napětí faktor pro konkrétní situaci lze nalézt pomocí numerických metod, jako jsou Analýza metodou Konečných Prvků (FEA). Řešení pro mnoho případů však lze nalézt v literatuře. Řešení pro některé běžné případy, včetně výše uvedeného případu, najdete na naší stránce řešení faktorů intenzity stresu.

Superpozice pro Kombinované Zatížení

Protože pojem intenzity napětí faktor se předpokládá lineárně elastické chování materiálu, intenzity napětí faktor řešení mohou být kombinovány pomocí superpozice najít řešení složitějších problémů. Například intenzity napětí faktor řešení pro jednoho okraje popraskané desky v napětí může být v kombinaci s řešením pro jednu hranu prasklá deska v ohybu, jak je znázorněno na obrázku níže.

intenzity napětí faktor pro kombinované řešení se vypočítá jako:

kde σt je aplikované napětí v tahu, σb je aplikován ohybu, Yt je geometrie faktorem pro desky v napětí, Yb je geometrie faktorem pro desky v ohybu a je bezva délka.

Lomová Houževnatost

materiál může odolat aplikované intenzity napětí až do určité kritické hodnoty, nad které se trhlina bude růst v nestabilním způsobem a dojde k selhání. Tato kritická intenzita napětí je lomová houževnatost materiálu. Lomová houževnatost materiálu závisí na mnoha faktorech, včetně teploty prostředí ,složení prostředí (tj.), rychlost zatížení, tloušťka materiálu, zpracování materiálu a orientace trhlin na směr zrna. Je důležité mít na paměti tyto faktory při výběru hodnoty lomové houževnatosti, kterou je třeba předpokládat během návrhu a analýzy.

hodnoty lomové houževnatosti pro mnoho běžných strojírenských materiálů naleznete v naší databázi.

Lomová houževnatost vs. Tloušťka

Lomová houževnatost klesá tloušťka materiálu zvyšuje, dokud část je dostatečně silná, aby být v rovině-kmen stavu. Nad touto tloušťkou rovinného napětí je lomová houževnatost konstantní hodnotou známou jako lomová houževnatost v rovině. Prvořadým zájmem je lomová houževnatost v rovině při zatížení I, a tato hodnota je označena k IC.

lomová houževnatost pro materiál o specifické tloušťce může být aproximována jako:

kde t je tloušťka materiálu, Ak a Bk jsou konstanty materiálu, a t0 je letadlo-kmen tloušťky v kritickém zatížení, vypočtený:

kde Chlívek je mez kluzu materiálu.

pozemek pod vypočtena tloušťka-specifická lomová houževnatost rovnice výše uvedený příklad materiál 15-5PH, H1025. Je vidět, že při nižších hodnotách tloušťky je lomová houževnatost pro tento materiál 90 ksi*in0. 5 a houževnatost klesá na hodnotu rovinné houževnatosti 60 ksi * in0.5 se zvyšující se tloušťkou, po které zůstává lomová houževnatost konstantní.

přestože lomová houževnatost může být aproximována jako funkce tloušťky dílu, je stále dobré použít hodnotu lomové houževnatosti v rovině.

Lomové Houževnatosti vs. Síla

obecně platí, že v rámci konkrétní třídy materiálů, lomová houževnatost klesá síla se zvyšuje. Pokud začnete s blokem materiálu a teplo léčit a pracovat na zvýšení pevnostních vlastností, budete také obvykle snížení lomové houževnatosti materiálu.

níže uvedený obrázek ukazuje lomovou houževnatost vs. pevnost materiálu pro různé třídy materiálů. Je vidět, že u mnoha materiálů, zejména u technických kovových slitin a technických polymerů, lomová houževnatost klesá se zvyšující se pevností.

Lomová houževnatost vs. Orientace trhliny

lomová houževnatost materiálu se obvykle mění v závislosti na orientaci trhliny vzhledem ke směru zrna. Z tohoto důvodu jsou hodnoty lomové houževnatosti obvykle uváděny spolu s orientací trhlin.

možné kombinace orientace trhliny a směru zrna jsou znázorněny na obrázku níže jak pro obdélníkový tvar, tak pro válcový tvar. Dvoumístné kódy se používají k označení orientace trhlin. První číslice označuje směr normální k povrchu trhliny. Druhá číslice označuje směr dráhy trhliny.

Původní Crack Velikost

Praskliny a trhliny-jako nedostatky jsou běžné v technické materiály. Trhliny se obvykle vytvoří kolem již existujících nedostatků, které působí jako koncentrace napětí a které se při vysokém namáhání nebo únavě vyvinou v plnohodnotné trhliny. Mnoho nedostatků je natolik závažných, že by se s nimi mělo zacházet jako s prasklinami, mezi něž patří hluboké škrábance, inkluze cizích částic a hranice zrn. Kromě materiálových vad, geometrické rysy v části, které působí jako koncentrace napětí, mohou vést k zahájení trhlin, včetně zářezů, otvory, drážky, a závity. Trhliny mohou také iniciovat z nedostatků zavedených jinými mechanismy selhání, například z důlků v důsledku koroze nebo z oděru v důsledku zadření.

stanovení počáteční velikosti trhliny je rozhodující pro posouzení potenciálu zlomeniny. Konzervativní přístup je vybrat nedestruktivní hodnocení (NDE) metodu pro kontrolu součástí v úvahu, a pak předpokládat, že trhliny, jejichž velikost se rovná minimální zjistitelné vady velikosti existuje v části v nejvíce namáhané místo.

je k dispozici mnoho odkazů, které poskytují minimální detekovatelné velikosti vad pro různé metody NDE, z nichž jedna je NASA-STD-5009. Tabulka od NASA-STD-5009 je uvedena níže pro americké jednotky spolu s odpovídajícím číslem, které poskytuje definice rozměrů trhlin „a“ A „c“.

Pokud minimální zjistitelné vady velikost není známa, nebo, pokud NDE inspekce není plánováno na část, pak alternativní přístup je určit kritickou velikost trhlin v nejvíce namáhané místo v části. Pokud je tato kritická velikost trhliny velmi malá, pak by bylo moudré zkontrolovat součást pomocí metody NDE schopné detekovat trhlinu této velikosti.

Plastové Velikost Zóny

Rovina-Stres vs. Letadlo-Kmen

velikost plastické zóny je závislá na tom, zda část je považována za v rovině-stres, nebo letadlo-kmen stavu. V rovinném namáhání je průřez dostatečně tenký, aby napětí v tloušťce průřezu byla přibližně konstantní. V rovině-kmen, zdůrazňuje rozvíjet prostřednictvím tloušťky oddíl odolat kontrakce materiálu a udržet kmen v celé tloušťce přibližně konstantní.

část může být považována za v rovině-kmen, je-li tloušťka splňuje následující podmínky:

kde Kapp se intenzity napětí na aplikované stresu a Chlívek je materiál, je mez kluzu.

pokud je tloušťka dílu menší než tloušťka uvedená ve výše uvedené rovnici, pak by se velikost plastové zóny měla vypočítat za předpokladu, že je díl v rovinném napětí. Níže uvedená tabulka shrnuje velikosti plastových zón pro rovinné napětí a rovinné napětí.

Plastové velikost zóny pro letadla-stres:
Plastové velikost zóny pro letadla-kmen:

následující oddíly poskytují více podrobností o odvození z plastu velikost zóny.

Velikost plastové zóny pro rovinné napětí

vzhledem k ostré povaze trhliny bude vždy před špičkou trhliny plastová zóna. Můžeme použít rovnice elastického pole napětí (popsané v předchozí části) k vyřešení teoretické vzdálenosti od špičky trhliny, při které se napětí rovná mez kluzu materiálu. Rovnice elastického pole napětí je:

nastavení napětí rovnající se meze kluzu materiálu a řešení pro r dává teoretickou velikost plastové zóny, rt:

kde Kapp je intenzita napětí v důsledku aplikovaného napětí a Sty je pevnost materiálu v tahu.

aby se skutečná velikost plastové zóny rovnala teoretické velikosti plastové zóny, musí napětí v plastové zóně podstatně překročit mez kluzu materiálu. Protože přineslo materiálu v plastické zóně nemůže podporovat zdůrazňuje, moc nad mez kluzu, napětí v blízkosti trhliny tip jsou přerozděleny na materiálu dál, a proto skutečné velikosti plastické zóny je větší než teoretická předpokládaná hodnota. Skutečná velikost plastové zóny je přibližně rovna 2rt, takže realističtější odhad velikosti plastové zóny, rp, je dán:

níže uvedený obrázek ilustruje teoretické elastické stresu a plastu velikost zóny, stejně jako přerozdělení napětí a vzniklá realistický odhad plast velikost zóny.

Všimněte si, že velikost plastové zóny je úměrná (Kapp/Sty) 2. To znamená, že plastová zóna bude menší pro materiály s vyšší pevností. Navíc, vyšší houževnatost materiálů jsou schopni vyvinout vyšší napětí svítivost než zlomenina, takže plastická zóna poroste větší při vyšší tvrdost materiálu, než dojde k selhání. Materiály s nízkou pevností v tahu a vysokou lomovou houževnatostí mohou na špičce trhliny vyvinout velmi velké plastové zóny.

Plastové Velikost Zóny pro Letadla-Kmen

plastové velikost zóny odhadů je popsáno v předchozím oddíle se vztahují na letadla-stres stav, kdy část je dostatečně tenký, že napětí přes tloušťku řezu jsou přibližně konstantní. Pokud oddíl je dostatečně silná, aby být považovány za v rovině-napětí (tj. napětí rozvíjet prostřednictvím tloušťky oddíl odolat kontrakce materiálu a udržet kmen v celé tloušťce přibližně konstantní), pak velikost plastické zóny je snížena ve srovnání s, že v rovině-stres stav.

plastové velikost zóny pro letadla-kmen stavu lze aproximovat jako:

kde Kapp se intenzity napětí v důsledku aplikované stresu, a ječné zrno je materiál, je mez kluzu.

tvárné vs. Křehká zlomenina

při diskusi o tvárné zlomenině versus křehké zlomenině existují dva referenční rámce. Tyto referenční rámce jsou mechanismus zlomeniny a režim zlomeniny.

Když materiály vědci mluví o křehkému lomu a tvárného lomu, jsou obvykle s odkazem na zlomeniny mechanismus, který popisuje zlomeniny události na mikroskopické úrovni. Obecně platí, že křehkému lomu mechanismem je štěpení, a tvárného lomu mechanismus je dolíčky prasknutí, také známý jako microvoid srůstání. Mechanismus štěpení je spojen s křehkou zlomeninou. Zahrnuje malou plastickou deformaci a povrch zlomeniny vypadá hladce s hřebeny. Mechanismus mikrovoidní koalescence je spojen s tvárnou zlomeninou. Tento mechanismus zahrnuje tvorbu, růst a spojování malých dutin v materiálu, který je umožněn plastickým tokem, a povrch zlomeniny vypadá jako golfový míček.

Když strojních inženýrů mluvit o křehkému lomu a tvárného lomu, jsou obvykle s odkazem na zlomeninu režimu, který popisuje vysoké úrovni chování materiálu během zlomenina události. Níže uvedený obrázek znázorňuje režim zlomeniny.

zatížení-posun křivky je zobrazen spolu s popraskané vzorky umístěny na různých místech podél křivky. V lineární oblasti křivky s nižším aplikovaným zatížením jsou napětí v části pod mezí kluzu materiálu. Pokud by část v této oblasti selhala,toto by bylo označováno jako křehká zlomenina, protože část selhala před tím, co se předpokládá pomocí metod pevnosti materiálů. Všimněte si, že v tomto regionu, plastické zóny kolem bezva tip (zobrazeny červeně) budou obvykle být malé, a tak lineární elastickou předpoklad platí a Lineární Elastické Lomové Mechaniky (LEFM) může být použit k analýze části. Jak se zvyšuje zatížení, velikost plastové zóny se zvyšuje. Pokud část selže ve vyšší oblasti křivky zatížení-posunutí, označuje se to jako tvárná zlomenina. Pokud velikost plastové zóny překročila použitelnost LEFM, ale dosud se nerozšířila po celé sekci, lze k analýze součásti použít metody elastického plastu, jako je Diagram hodnocení selhání (FAD). Jakmile plastu velikost zóny rozšířila po celé sekce (hrubého oddíl výtěžkem), lomové mechaniky metody již nelze použít, a část bude muset být analyzovány pomocí alkoholu-z-materiály přístup.

Statické Lomové Analýzy Metody

Statické lomové analýzy by měly být prováděny s ohledem na maximální zatížení, že část se očekává, že vidět v průběhu jeho životnosti. V metodách statické analýzy je zatížení stabilní a nemění se s časem.

na druhé straně lze analýzu růstu únavových trhlin použít k zvážení růstu trhlin v důsledku časově proměnlivého zatížení. Zatížení po celou dobu životnosti součásti se obvykle považuje za zajištění toho, že trhlina nebude růst na kritickou velikost.

následující oddíly popisují několik standardních metod pro provádění statické analýzy zlomenin. Téma růstu únavových trhlin je pokryto na jiné stránce.

Lineární Elastické Lomové Mechaniky (LEFM)

Lineární elastické lomové mechaniky (LEFM) používá pojem intenzity napětí faktor, K, diskutovali dříve. Vypočítá se faktor intenzity napětí na špičce trhliny a poté se porovná s kritickou intenzitou napětí materiálu. Lomová houževnatost v rovině, k IC, se obvykle volí jako hodnota kritické intenzity napětí, která se použije pro návrh a analýzu. Faktor bezpečnosti se pak vypočítá jako:

kde Kapp je faktor intenzity stresu na špičce trhliny v důsledku aplikovaného napětí.

použitelnost LEFM

Lineární elastická lomová mechanika (LEFM) předpokládá, že se materiál chová lineárně elastickým způsobem. Aby byl tento předpoklad platný, musí být velikost plastové zóny malá vzhledem k geometrii součásti a trhliny. Pokud se velikost plastové zóny rozšiřuje příliš blízko hranic součásti, pak se situace blíží hrubému výnosu sekce.

plastová zóna se nachází těsně před špičkou trhliny. Obecně, špička trhliny musí být ve vzdálenosti alespoň dLEFM od jakékoli hranice části, kde dLEFM je definován níže. Všimněte si, že dLEFM se rovná 4násobku velikosti plastové zóny pro stav roviny.

Failure Assessment Diagram (FAD)

Pokud LEFM není použitelná, pak pružně-plastické analýzy by měly být použity k účtu pro účinky plastické deformace v okolí trhliny. Diagram hodnocení selhání (FAD) je nejběžnější metodou analýzy elastických plastů.

ve výše uvedeném diagramu FAD je místo selhání zobrazeno červeně. Toto místo selhání je specifické pro materiál, a podrobnosti o tom, jak jej postavit, budou poskytnuty.

aby bylo možné vyhodnotit přijatelnost návrhu, musí být pro uvažovaný zatěžovací případ vypočítán poměr napětí, Sr a poměr intenzity napětí, Kr:

kde σapp je aplikované napětí, Kapp se intenzity napětí na aplikované stresu, Chlívek je materiálu je pevnost v tahu, mez kluzu, a K IC je materiál, letadla kmen lomové houževnatosti.

vykreslete konstrukční bod (Sr, Kr ) pro aktuální zatěžovací případ na diagramu FAD a ujistěte se, že spadá do místa selhání fad. Chcete-li vypočítat faktor bezpečnosti, nakreslete čáru od počátku přes konstrukční bod a pokračujte v této čáře, dokud nepřekročí místo selhání FAD. Tento řádek se nazývá zatížení. Koeficient bezpečnosti je poměr délky zatížení linky mezi původu a konstrukční bod, a délka zatížení linky mezi původu a bod selhání. Na obrázku výše spadá konstrukční bod do místa selhání FAD a bezpečnostní faktor je přibližně 3,0.

na obrázku výše si všimněte, že lokus selhání pro LEFM je zobrazen jako tečkovaná vodorovná čára a že lokus selhání FAD spadá pod lokus LEFM. To naznačuje, že předpovědi selhání provedené pomocí LEFM jsou nedostatečně konzervativní. Důvodem sníženého místa selhání v křivce FAD je to, že plasticita v blízkosti špičky trhliny zvyšuje účinnou délku trhliny a tím zvyšuje závažnost situace trhliny.

Všimněte si také, že místo selhání pro kolaps plastu (tj. místo selhání, které je předpovězeno pomocí metod pevnosti materiálů), je zobrazeno jako svislá Tečkovaná čára. Fad failure locus prochází lokusem plastového kolapsu a poté tlačí doprava, což znamená, že část získává sílu. Kalení kmene představuje toto zjevné zvýšení pevnosti.

je užitečné si uvědomit, který z“ naivních “ lokusů selhání se protíná. Pokud zátěžová čára protíná lokus selhání LEFM, pak je pevnost dílu omezena zlomeninou pro uvažovaný případ zatížení, takže selže zlomeninou dříve, než se získá. Pokud zátěžové vedení protíná místo poruchy pro kolaps plastu, pak je pevnost dílu omezena výtěžkem pro aktuální zatěžovací případ.

místo selhání FAD je definováno:

kde E je modul pružnosti materiálu, Sty je pevnost kluzu materiálu v tahu a Sr je poměr napětí, jak je definován výše. Hodnota eref je skutečný kmen odpovídající napětí Sr * Sty a lze jej vypočítat pomocí Ramberg-Osgoodovy rovnice.

Všimněte si, že lokus selhání FAD je funkcí pouze poměru napětí, Sr. každý další parametr v rovnici definující lokus selhání je vlastností konstantního materiálu. Chcete-li vytvořit lokus, protáhněte rozsah poměrů napětí od 0 do maximálního poměru napětí odpovídajícího poměru skutečné maximální pevnosti materiálu.

posledním bodem, který je třeba zvážit o přístupu FAD, je to, že může odpovídat za plasticitu materiálu při použití lineárně elastických intenzit napětí. To umožňuje jednoduchost metody FAD a je hlavní výhodou oproti jiným metodám elastického plastu.

křivka Zbytkové pevnosti

křivka zbytkové pevnosti ukazuje pevnost součásti jako funkci velikosti trhliny. Pokud není přítomna žádná trhlina, pevnost dílu se rovná mez kluzu materiálu. Množství stresu, které může vydržet před selháním) se snižuje.

křivka zbytkové pevnosti pro příkladný případ je znázorněna na obrázku níže. Tento případ je určen pro 2-palcovou širokou desku se středovou trhlinou a materiálem s mezí kluzu 145 ksi a lomovou houževnatostí 60 ksi * in0.5. Křivka zbytkové pevnosti je zobrazena červeně. Pro danou velikost trhliny, jakákoli hodnota napětí nad touto křivkou má za následek selhání.

vyhodnotit přijatelnost design, plot design bod ( a , σapp) pro aktuální případ, kdy je trhlina délky a σapp je použita v kombinaci se stresem. Nakreslete svislou čáru až na zbytkovou sílu křivku-tato křižovatka představuje selhání bod, pokud crack velikost je konstantní, ale stres ve zvýšené kritické (selhání) bod. Nakreslete další svislou čáru vodorovně zbytkové síly křivku-tato křižovatka představuje selhání bod v případě, že napětí je konstantní, ale crack velikost se zvýší na kritické (selhání) bod. Faktory bezpečnosti pro každou z těchto poruchových stavů pak může být vypočtena:

Koeficient bezpečnosti na kritických stresu:
Koeficient bezpečnosti kritická délka trhliny:

Všimněte si teoretické křivky kritického napětí na obrázku výše, znázorněné jako modrá Tečkovaná čára. Toto teoretické křivky, která poskytuje teoretické kritické hodnoty napětí jako funkce crack délka, je definován:

je důležité si uvědomit, že v obecné, geometrie faktor, Y, je funkce crack velikost. Vzhledem k tomu, že velikost trhliny se mění, hodnota Y se také bude lišit. Obecně, hodnota Y bude vrcholit, jak se velikost trhliny zvětší vzhledem k rozměrům součásti, což vysvětluje, proč křivka zbytkové pevnosti klesá na kritickou hodnotu napětí 0 na hranici součásti.

je také důležité poznamenat, že jak se velikost trhliny blíží 0, teoretické kritické napětí se blíží nekonečnu. To je zjevně nereálné, protože pevnost v tahu materiálu poskytuje horní hranici napětí, které materiál vydrží. Pro korekci křivky zbytkové pevnosti v oblasti malých trhlin je nakreslena přímka mezi mezí kluzu materiálu v tahu a tečným bodem na teoretické křivce kritického napětí. V některých případech není možné najít tečný bod. V této situaci, Liu poskytuje pokyny, které přechodem mezi lineární křivkou a teoretické kritické zátěžové křivky mohou být přijata na místě, kde teoretické kritické napětí je rovno 2/3 materiálu je mez kluzu.

Růstu Únavových Trhlin

Tato stránka na lomové mechaniky něž se analýza popraskané části při statickém zatížení podmínky (tj. podmínky s konstantní zatížení, které se s časem nemění). V případě, že se zatížení mění s časem, intenzita napětí na špičce trhliny se také bude lišit. Trhlina poroste v případě, že rozptyl intenzity napětí překročí prahovou intenzitu napětí materiálu. Růst trhliny v podmínkách různé intenzity stresu se nazývá růst únavové trhliny a je popsán v naší stránce analýzy růstu únavové trhliny.

1. AFRL-VA-WP-TR-2003-3002, „USAF Poškození Tolerantní Design Handbook: Pokyny pro Analýzu a Design odolné při Poškození leteckých Konstrukcí,“ 2002
2. 579-1 webové API / ASME FFS-1, „Fitness-For-Service,“ American Petroleum Institute a Americké Společnosti strojních Inženýrů, 2007
3. Anderson, T. L., „Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications,“ 3rd Edition
4. Budynas-Nisbett, „Shigley‘ s Mechanical Engineering Design“, 8 Ed.
5. Callister, William D., „Materials Science and Engineering: An Introduction,“ 9th Edition
6. Dowling, Norman e., “ mechanické chování materiálů: Inženýrské Metody pro Deformaci, Lomu a Únavy,“ 3rd Edition
7. Liu, Alan F., „Strukturální Života, Metody Hodnocení,“ ASM International, 1998
8. MIL-HDBK-5J, „Kovové Materiály a Prvky pro Letecké Konstrukce Vozidla,“ Ministerstvo Obrany Příručka, 2003
9. NASA-STD-5009, „Nedestruktivní Hodnocení Požadavky pro Zlomeniny-Rozhodující Kovové Komponenty,“ 2008
10. Naval Sea Systems Command, „Lomová Houževnatost Proces Recenzi pro Kovy v Kritickém Non-Jaderné Lodní Aplikace,“ 1998
11. Sanford, R. J., „Principy lomové mechaniky,“ 1. vydání