מבוא ל- Fracture Mechanics ולמרחב הפלסטיק

מכניקת Fracture מספקת את המסגרת התיאורטית להבנת האופן שבו סדקים והפצת חומרים מתכתיים.בלב משמעת זו טמונה המושג של אזור הפלסטיק: האזור מיד סביב קצה סדק שבו החומר עבר עיוות פלסטיק בלתי הפיך.גודל, צורה, ואבולוציה של אזור זה שולט כוח המניע האפקטיבי לפצח, המעבר מדוקדק לכשל, ולכן החיזוי הכולל של חלל גרעיני אינו אלא מתקן פעולה קוגניטיבית של פעולות הרסניות, אלא של חומר נפץ גרעיני, אלא רק של חומר נפץ, הוא רק מתקן גרעיני, אלא של חומר נפץ, אלא רק של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה גרעינית, אלא של כוח המניעה טכנולוגית, אלא של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה קריטית של כוח המניעה טכנולוגית, הוא רק של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה האפקטיביה של כוח המניעה האפקטיביה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה של כוח המניעה

הערכות מסורתיות של אזור הפלסטיק התבססו על פתרונות סגורים שמקורם מכניקת שבר לינארית גמישה (LEFM) בעוד אלה מספקים סדקים ראשוניים שימושיים, הם לעתים קרובות מתפרקים תחת עומסים מונוטוניים, טעינה מחזורית, או כאשר תצוגות החומריות בולטות מתוחות.בשני העשורים האחרונים, התקדמות באופיציה ניסיונית ובמכניקה חישובית מאפשרת לחוקרים לעבור מעבר לפשטות אלה, לכידת אמיתי של טכניקות אלקטרו-זמנית מתקדמות.

מודלים קלאסיים לגודל שטח פלסטיק וצורה

לפני ההתמקדות בטכניקות מדידה מודרניות, מומלץ לזכור את המודלים הקלאסיים שנותרו הבסיס של תרגול הנדסי.שני המצוטטים ביותר הם תיקון אזור הפלסטיק Irwin ואת המודל Dugdale פס-yield.

מודל של Irwin

(ב) [17] , [17] , [17] , [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Dugdale Strip-Yield Model

(ה) מודלו של דוגל אידיאלי את אזור הפלסטיק כפס דק של מתחים כפיים הפועלים על פני שטח ארוך (pLT:0 ⁇ FLT:1 לפני קצה השבר, אורך האזור ניתן על ידי FLT:2OD = ( ⁇ /8)(KLT 3:IFLT:4/ ⁇ F:5salsalsalsal) לאחר מכן הוא נמתח על ידי דגם זה, במיוחד, אשר נמצא בשימוש על ידי מגנטי (Dicial) של ctal) על ידי ⁇ d (DateiFLTd) ו-D).

שדה HRR ו- J-Integral

(ב) חומרים הצייתנים למערכת יחסים קשה של חוק הכוח, ההצ'ינסון, רייס ורוזנגרן (HRR) מספקים תיאור של חוד החנית של שדות קצה הפצח, אך אזור הפלסטיק אינו מוגדר על ידי גבול חד אך במקום שבו הזנים היעילים עולים על סף מסוים.

שיטות ניסיוניות ל-Direct Forest Mapping

טכניקות ניסיוניות מודרניות מאפשרות לחוקרים לדמיין ולכמת אזורי פלסטיק עם מיקרומטר לרזולוציה תת-מיקרומטר.לכל שיטה יש נקודות חוזק ומגבלות מבחינת פתרון מרחבי, שדה ראייה, רגישות לעיוות מחוץ למטוס.

צילום דיגיטלי (DIC)

DIC הוא טכניקה אופטית שאינה מגע, מלאה שדה, אשר עוקב אחר עקירת דפוס אקראי על פני השטח הדגימה כפי שהוא טעון. על ידי תת-תחומים של תמונות שנלקחו לפני ואחרי עיוות, הוא בונה את שדות העקירה במטוס. אזור הפלסטיק מזוהה אז כאזור שבו העודף של פון מיז עולה על ערך, בדרך כלל נלקח כ- 0.2% ממרחק של מצלמות מיקרו-מטר ו-DRM- 100 החלטות מהירות.

אחת האפליקציות החזקות ביותר של DIC במכניקת שבר היא המדידה הישירה של שדה קצה השבר תחת עומס מונוטוני וציפיי כאחד, על ידי מעקב אחר האבולוציה של אזור הפלסטיק ביחס להיסטוריה העומס, החוקרים אישרו - ולעתים מופרעים - מודלים דקים קלאסיים (לדוגמה, מחקרים על ⁇ אלומיניום הראו כי אזור הפלסטיק בפועל בתנאים מתוחים אינו בצורת על ידי ניתוח איטי יותר (DCT) אשר משמש גם קריטריונים פתוחים יותר, אך ורקדה מהירה יותר, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, לאחר מכן, הוא אפשרי, לאחר מכן, לאחר ניתוח פלסטית DCT ארוך יותר, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, לאחר מכן, הוא אפשרי, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, הוא נוטה יותר, לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, הוא אפשרי, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, מחקרים על סגסוגת DCT ארוך טווח, לאחר מכן, הוא אפשרי, לאחר מכן, לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, מחקרים על סגסוגת DCT ארוך יותר, אך ורק לאחר מכן, הוא, אך ורק לאחר מכן, הוא מאפשר, לאחר מכן, מחקרים על סגסוגת DCT ארוך

עם זאת, DIC הוא טבועה בטכניקת פני השטח ולא יכול לחקור הפלסטיות תת-קרקעית.שדה הזן המדוייק משלב השפעות של כל אזור תת-קרקעי דרך עובי החומר, אשר עלול להוביל לשגיאות כאשר משמעותי דרך היקנות קיים.

High-Resolution אלקטרון Backscatter Diffraction (EBSD)

EBSD במיקרוסקופ אלקטרוני סריקה (SEM) ממפה את הכיוון הקריסטלי של משטח מתכתי עם פתרון מרחבי של כ 50-100 nm. כאשר קצה סדק עובר דרך מצטבר פוליקלסטלליין, הפלרציה הפלסטית המתקבלת מתגלה כסיבובי LITT, אשר ניתן לכמת באמצעות השגיאה הממוצעת הקרנל (KAM) או פירוק מוחלט (GND) לעתים קרובות על פני השטח הפלסטי.

EBSD מציעה מספר יתרונות על DIC: הוא מגלה את ההקשר המיקרו-מבנה של אזור הפלסטיק, כגון גבולות דגנים, גבולות תאומים, חלקיקים דו-פזה שנייה שפועלים כמכשולים או נתיבים מועדפים לפירוק.מחקרים על גבי שלבים המבוססים ניקל ומדידות פחמן נמוכות השתמשו EBSD כדי להראות כי אזור הפלסטיק הוא מאוד heterogeneous בקנה מידה, עם דגנים מסוימים de la דגנים נמוך יותר מאשר לחץ מקומי של סגסוגת הוא עדיין נמוך של זמן קצר יחסית, אבל הוא עדיין יש השפעה גבוהה יחסית של זמן קצר יחסית, אך ורקדה.

המגבלה העיקרית של EBSD היא כי זוהי טכניקת פוסט-מורטום - היא לא יכולה ללכוד את האבולוציה של אזור הפלסטיק במהלך טעינה אלא אם כן בדיקות נקטע מבוצעות על דגימות מרובות.התפתחויות האחרונות בשלבים של עייפות בשלב זה, אבל הזמן הנדרש למיפוי EBSD באיכות גבוהה (לעתים קרובות) מגביל את מספר מחזורי העומס שניתן ללמוד.

סינכרון X-ray Diffraction ו- Micro-CT

מקורות סינכרון X-ray מספקים רגישות גבוהה, אממים מאוד מתואמים שיכולים לחדור דגימות מתכת מילימטר-תיק. שתי טכניקות עיקריות מועסקות עבור קוגניציה של אזור הפלסטיק: מיפוי מבוסס דיפרציה של זנים ליטיצי וקליטה /phase-contrast tomography עבור הדמיה תלת-ממדית ישירה של הסדקים והפלסטיקה המקיפה.

אנרגיה-דיספרסטיבית או מונוכרומטית X-ray diffraction יכול למדוד את הזן האלסטי במרבית על ידי מעקב אחר השינוי בפסגות Bragg. אזור הפלסטיק הוא אז מופרע מן הזנים השוכנים סביב הסדקים, באמצעות מצב שיווי המשקל וחוק חוקתי מונחה על פני השטח. שיטה זו היא בעלת ערך מיוחד עבור תופעות כגון סדקים עקב מתחים מיושנים המושרה על ידי דחיסות פלנטרית עם כמה מילימטרית שטחית, לא יכול לספק רזולוציה של כמה מילימטרית של מילימטרית של סנטימטרים ייחודי.

X-ray micro-computed tomography (μCT) בשילוב עם מתאם נפח דיגיטלי (DVC) מרחיב את העיקרון של DIC לתוך הממד השלישי. על ידי מעקב אחר התנועה של תכונות פנימיות (pores, הכללות, או חלקיקים מוצגים), החוקרים יכולים לשחזר את שדה העקירה תלת-ממדית (DIC) ולשלב את הזנים הפלסטיים לאורך נפח הדגימה.

שיטות החלפה: מ-המשך לפלסטיות קריסטל

סימולציה נומרית הפכה כלי חיוני לפרשנות המדידות הניסוייות ולחיזוי התנהגות של אזור הפלסטיק בתנאים קשים או בלתי אפשריים לבחינה.הנאמנות של הסימולציות הללו תלויה במידה רבה במודל החומרי המועסק.

מודלים של פיתוח פיננסי עם Isotropic / Hardening מודלים

סטנדרטי FEM באמצעות JFLT:0.2FLT:1hil הפלסטיק עם תרכובת או kinematic קשיחה יכול לשחזר את התגובה של פיזור העומס העולמי ואת הצורה הכללית של אזור הפלסטיק עבור סגסוגת הנדסית רבים. כאשר בשילוב עם אלמנטים אזוריים cohesive או שיטת יסוד מורחבת (XFEM), זה יכול לדמות פיזור סדקים ללא צורך עבור remeshed החוקרים השתמשו אלה כדי לטעון את גודל תיקון, כדי לפתח מודלים של שפעת פלסטיק ואפקטים של שפעת, Iwin.

עם זאת, המשך FEM אינו מצליח ללכוד את ההיבטים הרגישים של התפתחות אזור הפלסטיק.לדוגמה, זה לא יכול לחזות את הצטברות מקומית של זן פלסטיק בגבולות דגנים אשר גורם שבר בין-גרנר בסופרוולידיים ניקל-בסיס בטמפרטורות גבוהות.

גישות מרובות בקנה מידה: אזור Cohesive ומודלים שלב-Field

מודלים אזוריים קוהשטיביים (CZM) להטביע חוק הפרדה בדרכי השתן לאורך נתיב מוגדר מראש או פוטנציאלי סדקים.על ידי הפיכה לחוק הכפופת למשוואה של אזור הפלסטיק שמקורה בשדה HRR, CZM יכול לשכפל תופעות כגון עלייה באזור הפלסטיק עם התרחבות רפלקטיבית בחומרים דוקטריליים.

Crystalplasticity Finite Element (CPFE) Method

CPFE פותר את המשוואות השולטות בקנה מידה של דגנים על ידי שילוב פעילות מערכת חלקה, חוקים קשיחים, ו סיבוב LITT.כל נקודת אינטגרציה מוקצה אוריינטציה גבישית, התגובה החוקתית נובעת מהמסכמת שערי הרהר על כל מערכות החלקה הפעילות. גישה זו יכולה לשכפל את מבנה הפלסטיק הטרוגניים שנראה במפות EBSD, כולל התפתחות של תקלות גדולות של סדקים על ידי אותו לחץ מפלסטיק שלא ניתן להבחין בין גודל מפלסטיק.

סימולציות CPFE הן יקרות חישוביות - מודל טיפוסי של אוסף פוליקליסטלליין עשוי להכיל מיליוני אלמנטים ודורש אלפי שעות CPU. עם זאת, הם משמשים יותר ויותר כמו מעבדות וירטואליות כדי ליצור נתוני הדרכה עבור מודלים של למידת מכונה שיכולים לחזות תכונות אזור פלסטיק מדגימים מיקרו-מורלית כגון התפלגות גודל דגנים, מרקם ושבריר שלב.

יישומים: Fatigue Crack growth, dutile Tearing, and Threshold Behavior

אזור הפלסטיק הוא מרכזי לשלושה תחומים עיקריים של מכניקת שבר: גישות חיים הכוללות, סובלנות נזק, ואת האופי של סף העייפות.

Cyclic פלסטיק Zone ו Fatigue Crack Closure

(ב) טעינה מחזורית, אזור פלסטיק מתפתח במהלך חצי המטען, אך על ידי פיזור, החומר לפני קצה השבר עובר תשואות פלסטיק הפוכה.הגודל של אזור הפלסטיק הקרוסארי הזה, אשר לעתים קרובות מוגדר כ-FLT:0rcio פיזור לחץ גבוה: 1pcLT: 2 LTFLT 3, הוא בדרך כלל אחד רבע עד שליש בגודל של monotonic Zone:

פיקניק תהינג ו-J-Controlled growth

(בחומרים דקטינים, תפוקת סדקים יציבה מתרחשת כאשר העקירה של קצה השבר מגיעה לערך קריטי, והופעת פלסטיק מאחורי הסדקים המתקדמים, גודל אזור הפלסטיק קשור ישירות למודולוס המדמיע:0Treaph אימות שלבים 1=(DJ/da)(E/ ⁇ FLT:2ysFLT 3:2) ניסיוני DICah) אשר שימשו באופן מדויק לדגימה את המולקולות של כלי הדם המקוריים.

השפעה מיקרו-מבנה על סף אסון

ליד סף העייפות, גודל השטח הפלסטי דומה לגודל הדגנים או לספיגה של תכונות מיקרו-מבנה גדולות.כאן, הנחות המשך נשברות, והמיקרו-מבנה המקומי מכתיב את מנגנון הצמיחה.קטן, אשר לעתים קרובות מתרחשת במתח בעצימות מתחת לסף המיקרו-מרוץ הארוך, נשלטת על ידי אינטראקציה של אזור הפלסטיק עם גבולות דגנים וחלקיקי EBSD-התארנכרונארך בלבד, אשר עשויים רק לנבאת את התכונות של דגנים חדשים של דגנים, אשר מראים כי הם רק על ידי דגנים חדשים של דגנים, כלומר, כלומר, רק על ידי חשיפה של דגנים, כלומר, כלומר, כלומר, רק על ידי חשיפה של דגנים חדשים של דגנים, אשר מראים כי הם רק על ידי חשיפה של דגנים, כלומר, רק על ידי חשיפה של דגנים חדשים של דגנים, 000 מבטיחות של דגנים, אשר עשוי להאריך את טמפרטורת סף קרינה, אשר עשוי להיות משקף, אשר עשוי להיות מנטלית של דגנים, 000, 000, 000 מבטיחות של דגנים, 000, 000, 000, 000, 000 מבטיחות של דגנים, אשר עשוי, 000, 000, אשר עשוי להאריך את הפחתת תכונות עיצוב ייחודי, 000 חשיפה של דגנים, 000

כיוונים עתידיים וגישות משולבות

ההתקדמות המבטיחה ביותר בתחום הפלסטיק קוונטיזציה כוללת שילוב של טכניקות משלימות כדי לקבל תמונה מלאה.לדוגמה, ב- situ DIC יכול ללכוד את האבולוציה של המתח על פני השטח, בעוד סינכרן diffraction מודד את הלחץ תת-קרקעי חלוקה מחדש, ולאחר שלאחר המוות EBSD מגלה את סיבובי ה- lattice הקבועים.

גבול נוסף הוא היישום של למידת מכונה להאיץ ולערוך זיהוי אזור הפלסטיק של אזור הפלסטיק.רשתות עצביות מהפכתיות אומן על שדות DIC כדי לפרט את גבול אזור הפלסטיק באופן אמין, גם בנוכחות רעש מדידה.מודלים אלה יכולים לעבד מאות תמונות לשנייה, המאפשר משוב בזמן אמת במהלך ניסויים. בדומה, מודלים חלופיים מאומן על מסדי נתונים של CPFE יכולים להיות בגודל מפלסטיק וצורה כתפקוד של עומס מבנים ומיקרו-מיקרו-מיים פחות פתוח לשילוב של מערכת בריאות תאום.

לבסוף, דחיפה לקראת ייצור תוספים (AM) מציגה אתגרים חדשים: המבנה המיקרו-מיקרו-יקום והטרוגני של מתכות AM לעתים קרובות תוצאות באזורי פלסטיק לא סדירים מאוד שאינם מתאימים למודלים קלאסיים.שיטות מתקדמות המשלבות הדמיה של סנכרון ישיבה עם EBSD ברזולוציה גבוהה פרוסות כדי לאפיין אזורים אלה ולפתח קריטריונים חדשים של תהליך ספציפי.

מסקנות

אזורי פלסטיק של קצה קצה סדקים התפתחו מ חישוב אחורי של-הגלולופ המבוסס על מודל Irwin לתוך מאמץ מתוחכם, רב-טכניק כי משתרע על קשקשים מן האטומי לרמה של רכיב. תמונה דיגיטלית מספקת מדידות משטח שדה מלאה חזק; גם חומרים שבר- EBSD רזולוציה גבוהה יותר חושף את המנגנונים הקריסטלוגרפיה הבסיסית; סינכרוניד ו-CT-CT-התרחבה לתוך האינטגרציה מדויקת יותר של שיטות חשיבה פלסטיות, אך ורק של תהליכים מדויקים יותר.