Механика разрушения
Механика разрушения — это область механики , изучающая распространение трещин в материалах. Он использует методы аналитической механики твердого тела для расчета движущей силы на трещину и методы экспериментальной механики твердого тела для характеристики сопротивления материала разрушению .
Теоретически напряжение перед острой вершиной трещины становится бесконечным и не может использоваться для описания состояния вокруг трещины. Механика разрушения используется для характеристики нагрузок на трещину, обычно с использованием одного параметра для описания полного состояния нагрузки в вершине трещины. Разработан ряд различных параметров. Когда пластическая зона в вершине трещины мала по сравнению с длиной трещины, напряженное состояние в вершине трещины является результатом упругих сил внутри материала и называется механикой линейно-упругого разрушения ( LEFM ) и может быть охарактеризовано с помощью напряжения коэффициент интенсивности . Хотя нагрузка на трещину может быть произвольной, в 1957 г. Г. Ирвинобнаружили, что любое состояние можно свести к комбинации трех независимых факторов интенсивности стресса:
Когда размер пластической зоны в вершине трещины слишком велик, можно использовать механику упругопластического разрушения с такими параметрами, как J-интеграл или раскрытие вершины трещины .
Характеризующий параметр описывает состояние вершины трещины, которое затем может быть соотнесено с экспериментальными условиями для обеспечения подобия . Рост трещины происходит, когда параметры обычно превышают определенные критические значения. Коррозия может привести к медленному росту трещины при превышении порога интенсивности напряжения коррозии под напряжением. Точно так же небольшие дефекты могут привести к росту трещин при циклическом нагружении. Было обнаружено , что для длинных трещин скорость роста в значительной степени определяется диапазоном интенсивности напряжения, испытываемого трещиной из-за приложенной нагрузки. Быстрое разрушение происходит, когда интенсивность напряжения превышает вязкость разрушения .материала. Прогнозирование роста трещин лежит в основе дисциплины механического проектирования устойчивости к повреждениям .
Процессы изготовления, обработки, механической обработки и формовки материалов могут привести к появлению дефектов в готовом механическом компоненте. Возникающие в процессе производства внутренние и поверхностные дефекты встречаются во всех металлических конструкциях. Не все такие дефекты неустойчивы в условиях эксплуатации. Механика разрушения - это анализ дефектов для выявления тех из них, которые безопасны (то есть не растут), и тех, которые могут распространяться в виде трещин и тем самым вызывать разрушение конструкции с дефектами. Несмотря на эти присущие недостатки, с помощью анализа устойчивости к повреждениям можно добиться безопасной эксплуатации конструкции. Механика разрушения как предмет критического изучения существует всего лишь одно столетие и поэтому является относительно новой. [1] [2]
Механика разрушения была разработана во время Первой мировой войны английским авиационным инженером А. А. Гриффитом (отсюда и термин « трещина Гриффита » ) для объяснения разрушения хрупких материалов. [5] Работа Гриффита была мотивирована двумя противоречивыми фактами:
