Breukmechanica 101: De basis begrijpen

Breukongeval in Engineering

(1) In 1969, tijdens een vliegtraining, viel de linkervleugel van een Amerikaans F-111 vliegtuig af en stortte neer, terwijl het bezig was met een oefening om bommen te laten vallen. Ondanks het feit dat de vliegsnelheid, het totale gewicht, de overbelasting en andere indicatoren aanzienlijk lager waren dan de ontwerpindicatoren, kwam de vleugel toch los van het vliegtuig.

Uit een inspectie en analyse bleek dat de vleugelligger defect was door een onjuiste warmtebehandeling tijdens het fabricageproces. Ondanks ontbrekende inspecties bleef de scheur uitzetten onder vermoeiingsbelasting, wat leidde tot schade door lage spanning.

(2) Tijdens de Tweede Wereldoorlog produceerden de Verenigde Staten 2.500 vrije schepen, waarvan er 700 ernstige schade opliepen en 145 in tweeën braken. Verrassend genoeg vonden sommige van deze incidenten plaats in kalme zee, ondanks het feit dat alle schepen waren gemaakt van zeer sterke materialen.

Na analyse van de oorzaken van de schade werd ontdekt dat de spanning op de gelaste verbinding werd geconcentreerd en de slagvastheid verminderde door temperatuurdaling, waardoor de scheepsconstructie kwetsbaar werd voor breuken.

(3) De katachtige brug in België werd in 1938 in drie delen opgesplitst.

… …

Wat is breukmechanica?

Een aanzienlijk aantal onderzoeken heeft aangetoond dat brosse breuken altijd worden veroorzaakt door macroscheuren en dat het bestaan van dergelijke scheuren in constructies meestal onvermijdelijk is.

De sterkte van een materiaal met scheuren hangt af van de weerstand van het materiaal tegen scheurgroei, die wordt bepaald door de interne eigenschappen.

Het spannings- en rekveld rond de scheurtip en de wet van de scheurgroei worden bestudeerd met behulp van elastische en plastische theorieën en een nieuwe testtechnologie die bekend staat als breukmechanica.

Breuk van onderdelen

(1) Scheurvorming:

1. Macro- en microscheuren ontstaan op spanningsconcentratiepunten in een constructie door omgevingsfactoren zoals vermoeiing, corrosie, spanning en temperatuur.
2. Er kunnen defecten in het materiaal zelf zitten.
3. Scheuren kunnen ook ontstaan tijdens de productie en verwerking.

(2) Subkritische scheurgroei:

Onder invloed van de omgeving breiden de macro-microscheurtjes zich geleidelijk en langzaam uit tijdens het gebruik van het onderdeel.

(3) Scheurvorming:

Onder invloed van spanning breidt de scheur zich geleidelijk uit om de kritische lengte te bereiken en het onderdeel verliest plotseling zijn stabiliteit.

(4) Scheurgroei:

Instabiele scheuren planten zich voort met een hoge snelheid, die kan oplopen tot 1 / 4 van de geluidssnelheid in het materiaal.

(5) Scheurstop:

Als de scheur onstabiel is, kan hij door de hele constructie gaan en de structurele onderdelen vernietigen;

Of de scheur stopt onder bepaalde omstandigheden.

Classificatie van breukmechanica

Breukmechanica kan worden onderverdeeld in macroscopische breukmechanica en microscopische breukmechanica, terwijl macroscopische breukmechanica kan worden onderverdeeld in lineaire elastische breukmechanica, elastisch-plastische breukmechanica, breukdynamica en interface breukmechanica.

Doel van breukmechanica

Breukmechanica bestudeert de verschillende stadia van het breukproces. Gebaseerd op talrijke experimenten onderzoekt het de breuktaaiheid van materialen die scheuren bevatten en de wetten die het ontstaan, de voortplanting, de instabiliteit en het stoppen van scheuren regelen. Dit vakgebied biedt waardevolle inzichten voor een veiliger productontwerp.