تخيل أن محرك سيارتك تعطل فجأة أثناء القيادة. ما سبب العطل؟ تستكشف هذه المقالة المراحل الأربع الحرجة لتطور الكسر الناتج عن الإجهاد، وتكشف كيف تنمو الشقوق الصغيرة إلى كسور كارثية. من خلال فهم تنوي الشقوق، وانتشار الشقوق الصغيرة، ونمو الشقوق الكبيرة، والكسر النهائي، ستتعلم كيفية التنبؤ بأعطال المواد ومنعها. اكتشف الأخطار الخفية الكامنة في المواد التي تبدو صلبة واكتسب رؤى حول ضمان طول عمر المكونات الحيوية.
بالنسبة للمكوّن الذي يحتوي على شرخ ابتدائي بحجم a0، عند تعريضه لأحمال ساكنة، طالما أن إجهاد العمل (σ) أقل من الإجهاد الحرج (σc)، سيعمل المكوّن بأمان وموثوقية تحت مستوى الإجهاد الساكن. لن يحدث الفشل الهش إلا عندما يكون σ=σc أو K1=K1c.
ومع ذلك، إذا تعرّض المكوّن لإجهاد متناوب بقيمة σ <σc، سيزداد حجم الشق الأولي a0 تدريجيًا تحت تأثير الإجهاد المتناوب. عندما يصل إلى الحجم الحرج a=ac، يصبح المكوّن غير مستقر ويتلف.
ويشار إلى عملية نمو حجم الشق الأولي a0 إلى الحجم الحرج ac بالحجم الحرج بالنمو دون الحرج لشق الكلال أو مرحلة العمر المتبقي للشق الكبير a0، كما هو موضح في الشكل 1.
الشكل 1
يتكون إجمالي عمر الكلال الكلي (N) للمادة من مرحلتين: عمر البدء (Ni) وعمر الانتشار (Np) من نمو الشقوق إلى الكسر.
عملية الكسر الناتج عن الإرهاق معقدة وتتأثر بالعديد من العوامل، ولكن يمكن تقسيمها عمومًا إلى أربع مراحل بناءً على تطور التشققات:
ن = نi + Np
عندما يتعرض المكوِّن لأحمال متناوبة ولا يوجد به شقوق أو عيوب، حتى إذا كان الإجهاد الاسمي أقل من حد الخضوع للمادة، يمكن أن يتعرض سطح المكوِّن للانزلاق في مناطق موضعية بسبب عدم استواء المادة.
ويرجع ذلك إلى أن سطح المكوّن يكون في حالة إجهاد مستوٍ، مما يجعله عرضة للانزلاق دون أي تشوه بلاستيكي. وبمرور الوقت، تؤدي عمليات الانزلاق الدورية المتكررة إلى تشكيل أشرطة انزلاق البثق والبثق المعدني، مما يخلق نواة للتشققات الدقيقة.
بمجرد تكوين نواة الشق، ينتشر الشق الصغير على طول سطح الانزلاق بزاوية 45 درجة تحت تأثير الإجهاد الرئيسي.
في هذه المرحلة، يكون عمق التشقق في السطح ضحلًا جدًا، حوالي عشرة ميكرون فقط، وهناك العديد من التشققات على طول شريط الانزلاق، كما هو موضح في الشكل 2.
هذه هي المرحلة الأولية لنمو الشقوق.
تمثل هذه المرحلة الانتقال من الشقوق الصغرى إلى الشقوق الكبرى.
ويزداد معدل نمو الشقوق، ويكون اتجاه النمو عموديًا على إجهاد الشد، مع نمو شق واحد.
من المقبول عمومًا أن طول التصدع في نطاق 0.01 مم إلى ac يمثل مرحلة نمو التصدع الكلي، والمعروفة أيضًا باسم المرحلة الثانية من نمو التصدع.
بمجرد وصول حجم الشق إلى الحجم الحرج ac، سيحدث انتشار عدم الاستقرار وسيحدث الكسر بسرعة.
هذه عملية كسر إجهاد نموذجي للمكونات ذات الأسطح الملساء وعدم وجود شقوق أولية.
بالنسبة إلى المواد عالية القوة، نظرًا لارتفاع قوة الخضوعوالحساسية العالية للشقوق، ووجود شوائب داخلية وجسيمات صلبة، وغالبًا ما تتشكل الشقوق مباشرةً عند نقاط تركيز الإجهاد الكلي والتصدع الأول على طول الشوائب والجزء البيني للمصفوفة، لتبدأ مرحلة نمو الشقوق الكلية المستقرة بدلاً من مرحلة نمو الشقوق الجزئية المائلة.
تُعد مرحلة نمو الشقوق الكلية هي المرحلة الأكثر أهمية لتحليل الإرهاق من منظور ميكانيكا الكسر.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO