Kunzwisisa Kusimba Kwekupwanyika: Mafungiro Akakosha, Miedzo, uye Mashandisirwo

Kutyoka simba chinhu chakakosha chinoita basa rakakosha mune zvesainzi uye mainjiniya, zvichibatsira kuona kuti chinhu chichaita sei mukushushikana, kunyanya kana chikatadza. Inopa nzwisiso yekunyanya kushushikana iyo chinhu chinogona kumira chisati chaputsika, ichipa mainjiniya nemasainzi ezvezvinhu data rinodiwa kusarudza zvinhu zvakakodzera zvekushandisa kwakasiyana. Munyaya ino yakazara, tichaongorora kuti chii chinonzi simba rekutsemuka, kukosha kwayo, nzira dzakasiyana dzekutyoka, uye kuti ingaedzwa sei munzvimbo yekugadzira. Pamusoro pezvo, isu tichanyura mumatambudziko ane chekuita nekutyoka simba kuyedzwa uye kukosha kwekunzwisisa kushushikana-kunetsekana curve.

Chii chinonzi Fracture Strength?

Kutyoka simba kunoreva kuwanda kwekushushikana kana kumanikidza chinhu chinogona kutsungirira chisati chasangana nekutadza kunotyisa, kunoratidzwa nekutyoka. Kutadza uku kunoitika kana chimiro chemukati chemukati chisisakwanise kubata mutoro wakaiswa, zvichikonzera kupararira kwekutsemuka kunozopedzisira kwatungamira mukutsemuka kwakazara. Inowanzo kuratidzwa mumayuniti ekumanikidza, sengepascals (Pa) or pounds per square inch (psi), Kutyoka simba chinhu chakakosha chinobatsira mainjiniya kufanotaura maitirwo achaita zvinhu pasi pemamiriro epasirese, kunyanya mumashandisirwo ezvimiro apo kutadza kunogona kuita njodzi.

Kuputsika kwesimba rechinhu kunoenderana nezvakawanda zvinhu, kusanganisira yayocrystal lattice kuumbwa, alloy kana mubatanidzwa chimiro,uyenzira dzekugadzirazvinobatanidzwa. Zvishandiso zvinoratidzira mazinga akasiyana esimba rekutsemuka, zvakanyanya nekuda kwekurongeka kwavo kweatomu uye rudzi rwekubatana pakati peatomu.

Mhando dzeZvishandiso zvinoenderana neKuputsika Simba:

• Brittle Materials: Concrete, ceramics, uye grey cast iron inowanzosimba pasi pekumanikidzwa asi inoratidza kushomeka kwekutsemuka. Izvi zvinhu zvinokwanisa kubata zvinomanikidza masimba zvakanaka asi zvinokundikana zviri nyore pasi pekumanikidza kana kukotama.
• Ductile Materials: Simbi yakapfava, aruminiyamu, uye akawanda mapolymers kazhinji ane yakaderera yekumanikidza asi simba repamusoro rekutyoka. Zvinhu izvi zvinogona kukanganisa plastiki zvisati zvatadza, zvichivabvumira kutora simba uye kumirisana nekunetseka kukuru pasina kutsemuka.

Kutyoka simba kunogona kuchinjwa zvakanyanya nezvinhu zvekunzesenge tembiricha, chiyero chinoitika kurodha, kuvepo kwekukanganisa kana kukanganisa mune izvo zvinhu, uye chimiro chekushushikana kwakaiswa (kungave kusimba, kumanikidza, kugera, nezvimwewo).

Modes of Fracture muZvishandiso

Kunzwisisa nzira dzakasiyana dzekuputsika kunobatsira pakuona kuti chinhu chinopindura sei pasi pemamiriro akasiyana ekushushikana. Nzira dzinowanzozivikanwa dzekutyoka dzinosanganisira tensile, compressive, uye kupeta mafractures. Imwe neimwe modhi inosanganisira kugovera kwekushushikana kwakasiyana uye nzira dzekukundikana.

1. Kutyoka Kwesimba:

Kutyoka kunoitika kana chinhu chikaiswa pasi pesimba rekunze rinoikweva nepakati neakisi imwe chete. Mhando iyi yekutyoka inowanzoitika mumidziyo iri pasi pekunetsekana kwakachena, uye inoratidzirwa nekuparadzaniswa kana kuputika kwezvinhu pamwe nendege perpendicular kune yakashandiswa tensile mutoro.

• Kutanga Deformation: Zvinyorwa zvinotanga kuitikaelastic deformation, uko zvinhu zvinorebesa munzira yemutoro wakaiswa. Iyo deformation inodzoreredzwa, zvichireva kuti zvinhu zvinodzokera kuchimiro chayo chepakutanga kana simba rabviswa.
• Necking: Sezvo mutoro unowedzera, nzvimbo yemunharaunda inotanga kukanganisa zvakanyanya. Ichi chikamu, chinozivikanwa senecking, inokonzera kuderedzwa kwepamuchinjikwa-sectional nzvimbo panzvimbo yekunyanya kunetseka. Izvo zvinhu zvinotambanuka, uye miganhu yayo yekristaro inotsvedza.
• Ultimate Tensile Simba (UTS): Kunyanya kusimba kwesimba kunoreva kuwanda kwehuwandu hwekushushikana kwezvinhu zvinogona kutsungirira pamberi peiyo mitsipa nharaunda yave yakakosha, zvichiita kuti kuputsika kupararire nekukurumidza kuyambuka chikamu chose.

2. Compressive Fracture:

Compressive fracture inoitika kana chinhu chikaiswa pasi pemasimba anochisunda pamwechete pamwe chete neaxis yemutoro. Rudzi urwu rwekutyoka runogumabulging, kupwanya,uyekupatsanurwazvezvinhu. Compressive fractures inokonzeresa kutsemuka kwakawanda sezvo zvinhu zvichinetsekana kuramba iyo inomanikidza yekumanikidza kushushikana.

• Elastic Deformation: Muchikamu chekutanga, zvinhu zvinopindaelastic deformation, iyo inogona kupora kana mutoro wabviswa. Zvisinei, sezvo mutoro unowedzera, zvinhu zvinopinda muchikamu chepurasitiki chekugadzirisa.
• Plastic Deformation uye Bulging: Mune ductile zvinhu, zvinomanikidza mitoro inokonzeresa deformation yepurasitiki, iyo inoratidzira sebulging perpendicular kumutoro wakaiswa. Brittle zvinhu, zvakasiyana, zvinowanzotsemuka kana muganho we elastic wapfuura, sezvo ivo vachishaya kugona kuita kwakakosha deformation yepurasitiki.
• Ultimate Strength: Kana nyaya yacho yasvikasimba rekupedzisira rekumanikidza, kuputika kwakawanda kunogona kukura, zvichiita kuti kupatsanurwa kana kuputsika kwezvinhu pasi pemutoro wakaiswa.

3. Kupeta Kutyoka:

Kupetuka kutyoka kunoitika kana chinhu chikaiswa pasi pese kusimba uye kumanikidzika, nekuda kwesimba rekukotama rekunze. Kutyoka kwakajairwa kunobva kudivi rekusimba, uko zvinhu zvinosangana nekurebesa, uye zvinopararira kuburikidza nekukora kwechinhu.

• Tensile uye Compressive Stresses: Mafiibhi ekunze echinyorwa (parutivi rwakaremerwa) anosangana nekunetsekana, ukuwo mafiibhi emukati (anopesana nemutoro wakaiswa) anosangana nekumanikidzana. Izvi zvinonetsa zvinokonzeresa kutadza kudivi rekusimba, uko kutsemuka kana deformation kunowanzoitika.
• Crack Propagation: Sezvo simba rekukotamisa rinoshandiswa richiwedzera, kutsemuka kunotanga padivi rekusimba uye kunogona kupararira zvachose kuburikidza nehupamhi hwezvinhu, zvichitungamira mukukundikana.

Miedzo Yekuona Kuputsika Simba

Kune akati wandei akajairwa bvunzo anoshandiswa kuona kutsemuka kwesimba remidziyo. Iyi bvunzo yakakosha kuti unzwisise kuti chinhu chichaita sei mumamiriro akasiyana ekurodha. Yakajairika fracture simba bvunzo dzinosanganisira tensile, compression, uye kukanganisa bvunzo.

1. Tensile Test:

Muyedzo yekusimba, sampuli yakajairwa ine amutsipa (dog bone)chimiro chinoiswa pasi peaxial kurodha mukushushikana kwakachena. Uyu muedzo unobatsira kuongorora kuti zvinhu zvinopindura sei kune makakatanwa, zvichipa data pazvirielastic uye epurasitiki zvikamu, yekupedzisira tensile simba (UTS),uyeelongation panguva yekuzorora.

• Mugumisiro: Kukosha kweUTS kunomiririra kushushikana uko izvo zvinhu zvichaputsika. Iyo tensile bvunzo inopawo ruzivo nezve ductility uye mukana wepurasitiki deformation.

2. Compression Test:

Muedzo wekumanikidza unosanganisira kurodha yakamisikidzwa bvunzo block axially ine yakachena yekumanikidza simba. Iyi bvunzo inoongorora kugona kwechinyorwa kuramba kudzvanywa uye inopa data pairikumanikidza simbauyecompression modulus.

• Mugumisiro: Muedzo unobatsira kuona papi pacho izvo zvinhu hazvichakwanise kumira nesimba rekumanikidza uye zvinotanga kukanganisa mupurasitiki kana kutadza.

3. Muedzo weImpact:

Kuyedzwa kwemhedzisiro kunoitwa kuti uongorore kugona kwechinhu kumira nekukurumidza, mitoro ine simba. Muenzaniso, kazhinjinotchedkukurudzira crack initiation, inorohwa nehigh-velocity impactor. Simba rinotorwa panguva yekukanganisa kana kuti kureba kwekutsemuka kunoyerwa.

• Mugumisiro: Muedzo uyu unobatsira kuona zvivakwa zvakaitasimba rekuitauyekuoma, ayo akakosha kune zvinhu zvakafumurwa kune ane simba kana kuvhunduka kurodha mamiriro.

Zvakanakira Kuedza Kuputsika Simba muKugadzira

Kuedza simba rekutsemuka kunopa ruzivo rwakakosha rwunotungamira kusarudzwa kwezvinhu zvekushandisa chaiko. Zvimwe zvakakosha zvinobatsira zvinosanganisira:

• Kuziva Utera: Kuedza kunobvumira vagadziri kuti vaone zvinogona kukanganisa kana kushaya simba mune zvinhu zvinogona kutungamira mukukundikana nguva isati yakwana mune mamwe mamiriro.
• Kusarudzwa kwezvinhu: Zvishandiso zvakasiyana zvinoratidzira kusimba kwakasiyana kwekutyoka, uye kunzwisisa maitiro aya kunobatsira mainjiniya kusarudza zvinhu zvinokwanisa kumirisana nekushushikana kunofungidzirwa mune chaiyo maapplication.
• Dhizaini Optimization: Kuyedzwa kwesimba rekutsemuka kunobatsira kuona kushushikana kana kusimba mapoinzi mudhizaini, zvichibvumira mainjiniya kukwidziridza kusarudzwa kwezvinhu uye dhizaini geometry kuita zvirinani.
• Safety: Kuita bvunzo dzesimba rekutsemuka kunobatsira kuona zvinhu zvinogona kutadza pasi pemamiriro ekurodha, kudzikisira njodzi mumashandisirwo akakosha senge aerospace, mota, uye michina yekurapa.

Matambudziko eKuyedza Kuputsika Simba muKugadzira

Pasinei nekukosha kwayo, kuedza simba rekuputsika mukugadzira kunopa matambudziko akati wandei:

• Kusiyanisa kwezvinhu: Kunyangwe mukati meiyo batch yekugadzira imwe chete, zvivakwa zvezvinhu zvinogona kusiyana, zvichitungamira kune mutsauko mukupwanya simba rekuyedza mhinduro. Sezviyero zvekugadzira, kutengeserana kwezvinhu kunogona kuunza kusiyanisa kwakavanzika.
• Saizi Saizi uye Geometry: Saizi uye chimiro cheyedzo sampuli zvinonyanya kukanganisa mhedzisiro yesimba rekutsemuka. Madiki ebvunzo masampula anogona kusanyatso kumiririra maitiro ezvikamu zvakakura, kunyanya kana yakaoma geometries inobatanidzwa.
• Loading Conditions: Simba rekutyoka rinogona kusiyana zvichienderana nemamiriro ekurodha, zvichiita kuti zviome kutevedzera mamiriro ekushushikana kwepasirese mumarabhoritari bvunzo.
• Zvinhu Zvakatipoteredza: Zvinhu zvakaita setembiricha, hunyoro, uye kuratidzwa kwemakemikari zvinogona kukanganisa kutsemuka kwechinhu. Kuedza pasi pemamiriro ekunze anodzorwa kunoda hunyanzvi hwekushandisa.
• Strain Rate Sensitivity: Zvimwe zvinhu zvinoratidza chiyero-chinoenderana nekutyoka zvivakwa, zvichireva kuti simba rekutyoka rinogona kusiyana zvichienderana nekukasira kuisirwa mutoro, zvichikanganisa mhinduro dzebvunzo.

Iyo Stress-Strain Curve uye Kutsemuka Simba

Thestress-strain curvegraphically inomiririra hukama pakati pekumanikidzwa kunoshandiswa uye mhedzisiro inokonzeresa mune chinhu. Inopa ruzivo rwakakosha rwekuti chinhu chinokanganisa sei pasi pemutoro uye inobatsira mainjiniya kunzwisisa maitiro emuchina wezvinhu, kunyanya maererano nekutyoka kwayo.

• Elastic Deformation: Muchikamu chekutanga chekurodha, zvinhu zvinopinda elastic deformation, uko kushushikana uye kushushikana zvakaenzana. Pakubvisa mutoro, zvinhu zvinodzokera kune chimiro chayo chepakutanga.
• Plastic Deformation: Sezvo kushushikana kunowedzera, zvinhu zvinopinda munzvimbo yepurasitiki deformation, uko zvinhu zvinosangana nekuchinja kwechigarire muchimiro.
• Ultimate Simba uye Fracture Point: Nzvimbo iyo iyo chinhu hachichakwanisa kumirisana nemutoro wakaiswa inozivikanwa seyekutsemuka poindi, kazhinji inoratidzwa pane yekushushikana-kunetseka curve seyekupedzisira tensile simba (UTS).

Hunhu uye Mhando dzeKutsemuka

Hunhu hwekutyoka hunogona kupa nzwisiso yakakosha mumaitiro echinhu mukushushikana. Zvinhu zvakakosha zvinosanganisira:

• Cleavage Planes: Yakapfava, ndege dzakapfava padziri izvo zvinhu zvinotsemuka, kazhinji pamwe nekristaro miganhu.
• Dimples: Round depressions pamusoro pekutyoka kwepamusoro, inoratidza ductile fracture uye simba rinotora.
• Shear Miromo: Kutyoka kwepamusoro kunoratidza fibrous kana upfu maumbirwo, hunhu hwe micro-void coalescence.
• Hackles: Chevron mapatani panzvimbo yakatsemuka inoratidza kutungamira kwekupararira kwekuputika.

Kuputsika Simba reCeramics uye Girazi

Zvinhu zvakadaiCeramicsuyeinorganic glassvanoratidza maitiro akasiyana ekutyoka nekuda kwemaatomu avo.

• Ceramics: Inozivikanwa nekuda kwesimba rayo repamusoro uye kuoma, ceramics zvakare ine brittle yakanyanya. Vane zvisungo zveatomu zvakasimba asi kugona kushomeka kwepurasitiki, zvichiita kuti vatadze kuputsika kana vachinge vaoneswa nhanho dzakakomba dzekushushikana.
• Inorganic Girazi: Kusiyana nemakeramiki, inorganic girazi (semuenzaniso, silica girazi) ine amorphous chimiro, inotungamira kune imwe yunifomu kugovera kwekushushikana. Kunyange iine simba repamusoro rekutsemuka kupfuura ceramics, zvakare inotarisisa zvakanyanya kune hurema hwepamusoro hunogona kuderedza zvakanyanya simba rayo.

Mhedziso

Kutyoka simba chinhu chakakosha zvinhu izvo mainjiniya nemasainzi ezvezvinhu anofanirwa kufunga nezvazvo pakugadzira zvinhu kana zvimiro zvinozosangana nekushushikana kukuru. Kunzwisisa kusimba kwekutyoka kwezvinhu uye zvinhu zvinoikurudzira zvinogona kubatsira kukwenenzvera kusarudzwa kwezvinhu, kuwedzera kuchengetedzwa kwechigadzirwa, uye kugadzirisa dhizaini. Kungave kuburikidza nekusimba, kumanikidza, kana kukanganisa kuyedzwa, kunyatsoongorora kwesimba rekutsemuka kwakakosha pakuona kuvimbika uye kusimba kwezvigadzirwa mumaindasitiri kubva kune aerospace kusvika kumidziyo yekurapa.