Mekanik kraze se yon disiplin émergentes ki te devlope sèlman nan dènye deseni yo. Li sitou etidye kondisyon yo anba ki yon kò pote echwe akòz ekspansyon nan yon krak prensipal (ki gen ladan ekspansyon anba chaj estatik ak chaj fatig). Mekanik frakti aplike nan analiz divès estrikti konplèks, ak pwosesis la soti nan inisyasyon krak ak ekspansyon nan enstabilite se nan sijè ki abòde analiz li yo. Depi li dirèkteman gen rapò ak pwoblèm sekirite materyèl oswa estrikti, byenke li te kòmanse an reta, tou de eksperyans ak teyori yo te devlope rapidman epi yo te lajman itilize nan jeni. Metòd rechèch mekanik ka zo kase se: kòmanse nan ekwasyon mekanik elastik oswa ekwasyon elastik-mekanik plastik, pran krak la kòm yon kondisyon fwontyè, egzamine jaden an estrès, jaden souch ak jaden deplasman nan tèt krak la, epi eseye etabli relasyon ki genyen ant jaden sa yo ak paramèt fizik yo ki kontwole kondisyon ka zo kase a ak pwent lokal krak la.
Estati aktyèl rechèch ki gen rapò lakay ak aletranje
Kounye a, tandans rechèch jeneral mekanik ka zo kase se: soti nan elastisite lineyè rive nan elastik-plastisite; soti nan ka zo kase estatik nan ka zo kase dinamik; soti nan separasyon makroskopik ak mikwoskopik nan konbinezon makroskopik ak mikwoskopik; soti nan metòd detèminist rive nan metòd pwobabilite ak estatistik. Se poutèt sa, osi lwen ke mekanik ka zo kase tèt li konsène, dapre kontni an espesifik ak sijè ki abòde nan rechèch la, li se divize an mekanik ka zo kase makroskopik (mekanik ka zo kase jeni) ak mekanik ka zo kase mikwoskopik (ki fè pati kategori a nan fizik metal). Mekanik ka zo kase makroskopik ka divize an mekanik ka zo kase elastik (ki gen ladan mekanik ka zo kase elastik lineyè ak mekanik ka zo kase elastik ki pa lineyè) ak mekanik ka zo kase elastoplastik (ki gen ladan ti -echèl ka zo kase mekanik ak gwo -echèl ka zo kase mekanik ak pwodiksyon konplè). Mekanik ka zo kase Jeni gen ladan tou aspè enpòtan nan jeni tankou ka zo kase fatig, ka zo kase ranpe, ka zo kase korozyon, ka zo kase fatig korozyon ak ka zo kase fatig ranpe. Sèjousi, se teyori fyab prezante nan metòd rechèch mekanik ka zo kase, ki rele mekanik ka zo kase pwobabilite, anrichi kontni rechèch la nan mekanik ka zo kase, ak plis devlope ak amelyore teyori a nan mekanik ka zo kase, ak jwe yon wòl gid de pli zan pli enpòtan nan pratik jeni.
1. Griffith teyori
Yo nan lòd yo etidye enfliyans nan fant andedan materyèl la sou fòs nan materyèl la, Griffith nan ane 1920 yo premye etidye fòs la nan vè ki gen fant ak sòti relasyon ki genyen nan enèji ka zo kase:
Sa a se pi popilè kritè ka zo kase Griffith, nan ki G se pousantaj lage enèji nan pwent krak la ak s se enèji gratis sifas (enèji ki nesesè pou materyèl la fòme yon zòn krak inite). Soti nan relasyon sa a, relasyon ki genyen ant estrès krak Griffith ak gwosè krak yo ka jwenn:
In the formula, a is the crack length. If G>2 s, krak la ap elaji; si G<2γs, the crack will not expand; if G=2γs, it is a limit state. In addition, if the crack expands and dG/da>0, li ka detèmine kòm ekspansyon enstab; si krak la elaji ak dG/da<0, the crack stops.
2. Faktè entansite estrès K
Abreviyasyon faktè entansite jaden estrès elastik nan zòn pwent krak la se yon paramèt mekanik nan mekanik lineyè elastik ki reflete fòs jaden estrès elastik nan zòn pwent krak la, ki reprezante pa senbòl KI. Soti nan etid la nan jaden estrès tou pre pwent krak la, nou konnen ke estrès la tou pre pwent krak la gen tandans enfini nan kèk fason, se sa ki, li gen singularité. Se poutèt sa, estrès la isit la pa ka itilize pou mezire fòs li yo. Valè KI a ka reflete fòs la nan jaden an estrès elastik nan zòn nan pwent krak. Valè li gen rapò ak chay la, gwosè krak ak jeyometri. Ekspresyon matematik Griffith krak se:
Ki kote σ se estrès, a se longè krak, epi gen twa fòm ekstansyon krak: KI, KII, ak KIII, ki reprezante faktè entansite estrès nan kalite I, tip II ak tip III fant respektivman. Pami yo, pou kalite mwen krak:
Kote E se estrès avyon.
Remak: Faktè entansite estrès la aplikab a zòn plastik nan pwent krak ki plizyè fwa pi piti pase zòn K jaden an ak plizyè fwa pi piti pase longè krak la, tankou materyèl duktil.
3. J entegral
Rice (JRRice) te pwopoze an 1968. Li reflete konsantrasyon estrès ak souch nan pwent krak akòz gwo -echèl rannman. Definisyon J entegral se:
Yo itilize li pou etidye pwoblèm avyon epi li reprezante enèji ki gen rapò ak ekstansyon krak. Premye tèm ki sou bò dwat fòmil la se enèji ki gen rapò ak enèji souch, kote W se dansite enèji souch (sa vle di, enèji souch pou chak volim inite). Nan ka elastik-plastisite, li se dansite travay deformation estrès-(ki gen ladan enèji souch elastik ak travay deformation plastik) resevwa pa chak eleman volim nan echantiyon an pandan chaj monotone. Dezyèm tèm nan se eleman fòs sou ds; ds se eleman arc sou chemen Γ a.
J entegral gen pwopriyete sa yo:
J entegral se endepandan de chemen an;
J entegral ka detèminen elastik -estrès plastik-souch nan pwent fant la;
J entegral gen relasyon sa a ak pouvwa travay deformation:
Kote B se epesè echantiyon an, U se travay deformation echantiyon an, epi ▽ se yon pozisyon yo bay. Fòmil ki anwo a se baz pou detèminasyon eksperimantal J entegral.
4. koub rezistans
Nan mekanik ka zo kase, yon koub ki reprezante konpòtman ekspansyon ki estab nan yon fant nan yon materyèl (jan yo montre nan figi ki anba a). Òdone a se rezistans nan ekstansyon krak, eksprime pa J entegral, δ nan CTOD oswa faktè entansite estrès K, ak absis la se kantite ekstansyon krak △a. Lè krak la pa pwolonje, koub la kowenside ak òdone a. Yon fwa pwolonje, △a≠0, koub la devye de òdone a, epi pwen enfleksyon an se pwen inisyasyon krak la. Sa ki anba la a reprezante pwosesis ekstansyon ki estab. Lè tanjant nan yon pwen sou koub la ka pase nan pwen an sou aks negatif orizontal ki reprezante longè krak la, sa vle di ke ekstansyon enstab pral rive. Lè enstabilite rive, fòs kondwi ekstansyon krak la ak rezistans ekstansyon krak gen menm pousantaj chanjman ak gwosè krak la. Krak la pral elaji rapidman epi kraze san yo pa chaje. Koub rezistans lan ka teste ak yon echantiyon, ki ka itilize pou detèmine valè inisyasyon krak (δi oswa JIC) oswa valè inisyasyon krak kondisyonèl (δ0.005 oswa J0.005, elatriye), epi yo ka itilize tou pou predi pwosesis ekstansyon krak subkritik nan yon eleman.
5. Metòd kalkil nimerik
Ak grandisan nan rechèch mekanik ka zo kase, pwoblèm yo ki bezwen rezoud yo ap vin pi plis ak plis konplèks ak divèsifye, fè ki jan yo etabli efikas ak segondè -metòd kalkil presizyon yon sijè cho pou entelektyèl. Akòz devlopman kontinyèl nan disiplin tankou syans enfòmatik, matematik enfòmatik ak mekanik, metòd kalkil nimerik pou rezoud pwoblèm mekanik ka zo kase kontinye ap parèt, soti nan metòd la byen bonè diferans fini, metòd eleman fini, metòd eleman fwontyè nan metòd aktyèl la meshless, metòd manifoul nimerik, metòd nimerik wavelet, analiz deformation discontinuous, elatriye.
Metòd eleman fini:
Nan ka solisyon eleman fini, rekiperasyon estrès, estimasyon erè ak divizyon otomatik nouvo kadriyaj yo itilize pou fè solisyon eleman fini, epi pwosesis sa a repete jiskaske yo jwenn yon solisyon eleman fini. Anplis de sa, analiz stochastic se yon direksyon enpòtan pou devlopman mekanik ka zo kase ak baz pou evalyasyon fyab estriktirèl. Sou baz metòd eleman fini, metòd stochastic eleman fini itilize paramèt o aza pou dekri pwoblèm jeni pratik. Kontni rechèch prensipal yo gen ladan prensip varyasyon o aza, etablisman ekwasyon kontwòl eleman fini o aza ak solisyon yo.
Metòd Eleman Fwontyè:
Sa a se yon metòd nimerik pou rezoud pwoblèm mekanik devlope apre metòd eleman fini. Konpozisyon li gen ladan twa pati prensipal sa yo:
Karakteristik yo nan solisyon debaz la ak aplikasyon li yo;
Seleksyon nan diskresyon ak eleman fwontyè;
Metòd sipèpozisyon an ak teknoloji solisyon.
Avantaj nan metòd sa a se ke teyorèm Guass la itilize pou redwi lòd pwoblèm nan, konvèti pwoblèm twa-dimansyon an nan yon pwoblèm de-dimansyon, ak konvèti pwoblèm nan de-dimansyon nan yon pwoblèm yon-dimansyon, ki senplifye anpil preparasyon done yo, fè divizyon kadriyaj la ak reajisteman pi pratik, ak gwosè a nan gwoup ekwasyon final la se piti anpil.
Metòd san may:
Yo rele tou metòd san eleman. Metòd sa a diskretize tout domèn solisyon an nan nœuds endepandan san yo pa konekte nœuds yo nan inite yo. Li pa bezwen divize kadriyaj la, kidonk simonte defo a nan metòd la eleman fini ke kadriyaj la dwe kontinyèlman mete ajou pandan pwosesis la kalkil. Pandan pwosesis kalkil la, zòn pwent krak la ka swiv an tan reyèl pou rafineman lokal yo, epi pwosesis ekstansyon krak kontinyèl la konsidere kòm plizyè ogmantasyon lineyè. Ang ekstansyon krak la nan chak enkreman detèmine dapre faktè entansite estrès la. Presizyon nan kalkil amelyore lè w entwodwi fonksyon baz ekstèn nan ne revizyon pwent krak la.
Metòd manifoul nimerik:
Lide debaz metòd sa a se prezante prensip jeyometri diferans lan nan analiz materyèl, ki baze sou manifoul topolojik ak manifoul diferans, pandan y ap absòbe avantaj ki genyen nan metòd konstriksyon fonksyon entèpolasyon nan eleman fini ak teyori sinematik blòk nan analiz deformation discontinuous, inifye pwoblèm ki genyen nan mekanik deformation kontinyèl ak kontinyèl.
Wavelet metòd nimerik:
Metòd sa a pran avantaj de karakteristik lokalizasyon yo bon nan wavelets, apwoksimatif jaden an deplasman ak fonksyon wavelet, etabli yon fòma kalkil nimerik wavelet, simulation pwoblèm nan singularité nan pwent krak la ak rezoud faktè a entansite estrès nan pwent krak la.
Pwoblèm ki deja egziste ak kle teknik
Metòd ki anwo yo oswa teyori yo tout sòti nan teyori ka zo kase Griffith a epi yo baze sou singularité, se sa ki, yo tout baze sou modèl kote estrès la ak souch nan pwent krak la enfini. Eksplikasyon mekanik elastik teyori ka zo kase nan modèl krak pwent matematik Inglis se baz modèl krak pwent matematik la. Distans ki genyen ant sifas anwo ak pi ba yo se zewo, ak reyon koube pwent krak la se zewo tou. Se poutèt sa, eleman nan estrès jwenn pa mekanik elastik se enfini nan pwent krak la. Fenomèn sa a rele singularité.
Teyori singularité a te kontinye jiska jounen jodi a, men mekanik ka zo kase singularité a gen defo esansyèl nan fizik, ki sitou manifeste nan de aspè:
Premyèman, espas siperyè ak pi ba sifas ak reyon koub pwent krak yo jwenn nan pratik yo se valè fini epi yo pa egal a zewo;
Dezyèmman, nan fant aktyèl yo, menm nan pwent krak la, estrès la ak souch yo se valè fini, epi pa gen sa ki rele singularite estrès ak souch.
Nan fason sa a, kantite fizik ki baze sou fant pwent matematik ak sengularite estrès manke yon fondasyon fizik solid. Yo nan lòd yo amelyore teyori a ak prezan ki pa-singularite, yo ka itilize yon modèl krak (oswa koupe) blunt ak yon pwent semi-sikilè ki se pi plis nan liy ak sitiyasyon aktyèl la, men mezi a nan reyon an koub nan krak la blunt bezwen yo dwe mezire pa metòd metalografik, ki mande pou devlopman nan mekanik ka zo kase metalografik.
Tandans devlopman nan lavni
Malgre ke yo te fè kèk pwogrè nan mekanik elastik-ka zo kase plastik, toujou gen anpil pwoblèm ki bezwen etidye an pwofondè. Li se youn nan direksyon rechèch prensipal yo nan mekanik ka zo kase kounye a. Dinamik frakti, pou materyèl lineyè, bezwen amelyore; pou materyèl ki pa lineyè, li toujou nan premye etap yo byen bonè nan rechèch ak se yon lòt direksyon rechèch prensipal nan mekanik ka zo kase. Avèk etid apwofondi nan pwoblèm ka zo kase ak itilizasyon pratik zouti matematik, teyori mekanik ka zo kase ap vin de pli zan pli matirite ak aplikasyon pou mekanik ka zo kase ap vin de pli zan pli gaye toupatou.
Pou metòd kalkil nimerik, tandans devlopman nan lavni yo se: kwa-echèl ka zo kase mekanik metòd kalkil nimerik, metòd paralèl kalkil nimerik, konbinezon an nan metòd analyse ak metòd nimerik, konbinezon an òganik ak fizyon nan metòd kalkil miltip, ak otomatik done pwosesis.
