موضوع مقاله: تئوری شکست | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تئوری شکست | مقدمه: در طراحی یک قطعه یا سازه غالباً از مهندس خواسته می‌شود که امکان شکست و ازکارافتادگی را حداقل نماید در نتیجه این نکته دارای اهمیت است که مکانیزم‌های مختلف از کارافتادگی را بشناسیم. | ## بخش 1: تئوری شکست | به علاوه باید با اصول مناسب طراحی که ممکن است از شکست قطعه در حین کار جلوگیری نماید آشنا باشیم. مبانی شکست شکست ساده عبارت است از جدا شدن یک جسم به دو یا چند تکه در واکنش به تنش اعمالی که به صورت استاتیکی (یعنی تنشی که به صورت ثابت یا با تغییر آهسته نسبت به زمان) وارد می‌شود و در دمایی که نسبت به دمای ذوب پایین تر است اتفاق می افتد.تنش اعمالی ممکن است کششی، فشاری، و یا پیچشی باشد. مواد انعطاف‌پذیر معمولاً تغییر شکل پلاستیک قابل توجهی را همراه با جذب انرژی زیاد تا قبل از شکست از خود نشان می‌دهند. از سوی دیگر در شکست ترد، معمولاً هیج تغییر شکل پلاستیکی وجود ندارد یا بسیار جزئی بوده و همراه با جذب انرژی کم اتفاق می افتد.George D. انواع شکست شکست نرم سطوح شکست نرم دارای جنبه‌های متمایز مربوط به خود در هر دو حالت ماکروسکوپی و میکروسکوپی می‌باشند. مواد فوق العاده نرم و انعطاف‌پذیر نظیر پلیمر‌ها و شیشه‌های معدنی و طلا و سرب قبل از شکست گلویی شده و به یک نقطه تبدیل شده که در حقیقت بیانگر 100 درصد کاهش در سطح مقطع است.شکست برای فلزات انعطاف‌پذیر تنها توسط مقدار متوسطی از گلویی شدن دنبال میگردد. فرایند شکست نرم ابتدا بعد از اینکه گلویی شدن آغاز گردید، حفره‌های کوچکی در داخل سطح مقطع گلویی تشکیل می‌شود. سپس با ادامه تغییر شکل این میکروحفره‌ها بزرگ شده و به هم نزدیک می‌شوند و به هم می پیوندند تا یک ترک بیضی شکل را ایجاد نمایند که قطر بزرگ این بیضی عمود بر جهت اعمال تنش است ترک به رشد خود در جهت موازی با قطر بزرگ بیضی توسط فرایند به هم پیوستن میکرو حفره‌ها ادامه میدهد و سرانجام توسط اشاعه سریع یک ترک در اطراف محیط بیرونی ناحیه گلویی توسط تغییر شکل برشی در زاویه حدود 45 نسبت به محور کششی دنبال می‌شود(این زاویه ای است که در آن تنش برشی حداکثر است به این شکست با این مشخصهٔ سطحی شکست گودی برآمدگی نامیده می‌شوند(cup and cone fracture ) Callister, William D., and David G. جهت حرکت تقریباً عمود بر جهت تنش کششی اعمالی است و یک سطح شکست نسبتاً تخت را نتیجه میدهد. | ## بخش 2: تئوری شکست | سطوح شکست موادی که در حالت ترد شکسته‌اند دارای الگوهای متمایز مربوط به خود می‌باشند. برای مثال در بعضی از تکه‌های فولادی یک سری از علایم چورون (chevron) به شکل V ممکن است در نزدیک مرکز سطح مقطع شکست دیده شود که نقطه نوک تیز آن به طرف محل آغاز ترک قرار گرفته‌است. دیگر سطوح شکست ترد دارای خطوط یا شیارهایی هستند که از مبدأ ترک به صورت الگوی بادبزنی شکل به صورت شعاعی خارج شده‌اند. اغلی هر دو نوع این الگوها به اندازهٔ کافی درشت هستند تا بتوانند با چشم غیر مسلح دیده شوند و برای فلزات بسیار سخت و ریز دانه، هیچ الگوی شکست قابل تمایزی وجود ندارد.شکست ترد دو مواد آمورف نظیر شیشه و سرامیک‌ها یک سطح نسبتاً درخشان و صیقلی ایجاد می‌کند. برای بیشتر مواد کریستالی ترد اشاعه ترک متناظر با انفصال پی در پی و مکرر پیوندهای بین اتمی در امتداد صفحات کریستالوگرافی خاص می‌باشند. از لحاظ ماکروسکوپی سطح شکست ممکن است دارای یک بافت دانه ای یا پخ دار باشد که در نتیجه تغییرات در جهت کریسالوگرافی صفحات کلیواژ از یک دانه به دانه دیگر می‌باشد . بررسی‌هایی از این قبیل را شکست نگاری(فرکتوگرافی) می نامند.میکروسکوپ الکترونی رویشی از آن جهت برای شکست نگاری ترجیح داده می‌شود که دارای قدرت تفکیک و عمق میدان بسیار بهتری نسبت به میکروسکوپ نوری است. اصول مکانیک شکست شکست ترد مواد انعطاف‌پذیر معمول نیاز مبرم به شناخت بیشتر مکانیزم‌های شکست را مطرح می نماید. تلاش‌های تحقیقاتی گسترده ای در طی چند دهه گذشته منجر تکامل حوزه مکانیک شکست شده‌است. | ## بخش 3: تئوری شکست | دافعه و جاذبه اتمی بر روی نیروهای چسبندگی، مؤثر هستند که از فاصلهٔ بین اتمی تأثیر می پذیرند. با زیاد شدن فاصله، نیروی دافعه با سرعت بیشتری نسبت به نیروی جاذبه کاهش می یابد که برایند آن‌ها با نیروی کششی اعمالی موازنه می‌گردد. با افزایش بار کششی نیروی دافعه کمتر می‌شود و به نقطه ای میرسیم که در آن به علت زیاد شدن فاصله اتم‌ها، از نیروی دافعه صرف نظر شده و نیروی جاذبه نیز کاهش می یابد. نکته قابل توجه این است که استحکام‌های شکست تجربی مواد مهندسی معمولاً بین 10-1000 برابر پایین تر از این مقدار استحکام تئوری است. در دهه 1920 ، گریفیث (A.A.Griffith) پیشنهاد کرد که این تفاوت بین استحکام تئوری و تجربی می‌تواند حضور ناپیوستگی و ترک‌های میکروسکوپی خیلی کوچک که تحت شرایط عادی در سطح و در داخل نمونه ای از یک ماده وجود دارد، توجیه شود. به علاوه در طی فرایند اشاعهٔ ترک، سطوح آزاد جدیدی در وجوه ترک ایجاد می‌شود که افزایش در انرژی سطحی سیستم ایجاد می‌کند. او نشان داد که تنش بحرانی σ_c برای اشاعه ترک در یک ماده ترد به صورت زیر بیان می‌شود. σ_c= 2Eγ_s)/πa)^(1/2) که در آن،E مدول الاستیک و γ_s انرژی سطحی ویژه و a نصف طول یک ترک داخلی می‌باشد . پیشرفت قبلی در این زمینه تنها در مورد مواد ترد صادق است که در آن‌ها هیچگونه تغییر شکل پلاستیک در طی شکست وجود ندارد. | ## جمع‌بندی | بیشتر فلزات و بسیاری از پلیمرها مقداری تغییر شکل پلاستیک را در طی شکست خود تجربه می نمایند که این پیچیدگی با اضافه شدن γ_p ممکن است برطرف گردد که در آن γ_p بیانگر انرژی تغییر شکل پلاستیک است.