Fracture Mechanics ve Plastik Bölgeye Giriş

Fracture mekanikleri, çatlakların metalik malzemelerde nasıl başladığını ve yayıldığını anlamak için teorik çerçeve sağlar. Bu disiplinin kalbinde plastik bölgenin konseptini yalanlar ve malzemenin tamamen kırılma noktasının doğru bir şekilde yayılmasıyla ilgili olarak, bu bölgenin büyüklüğü, şekli ve evrimi, çatlakların büyüme gücü, nükleer yapıların nükleer başarısızlık, nükleer sistemlerdeki geçiş ve genel kırılma noktasının temeldeki bozulma şeklidir.

Plastik bölgenin geleneksel tahminleri, şu anda iki yıl boyunca, deneysel karakterizasyon ve hesaplama mekaniğinden elde edilen kapalı-form çözümlerine dayanıyordu, bu basitleştirmelerin ötesinde, çatlaklardaki gerçek uzaysal ve zamansal gelişimi ele alıyor.Bu makale şu anda en gelişmiş yöntemleri inceler -geçmiş optik, mikropişmanlık ve diffraction-bazlama teknikleri üzerinde, son zamanlardaki hataların nasıl yeniden ele geçirilmesini sağlıyor.

Plastik Bölge Boyutu ve Şekilleri için Klasik Modeller

Modern ölçüm tekniklerine girmeden önce, mühendislik uygulamasının temelini oluşturan klasik modelleri hatırlamak faydalı. En yaygın iki alıntı Irwin plastik bölgesi düzeltmesi ve Dugdale striptiz-yield modelidir.

Irwin'in Modeli

Irwin plastik bölgenin yarıçapı ile ilgili olarak şunları önerdi: 0,8|Dönetici[Dönetici][Dönetici: 1/01/2012)[Üye Olmayanlar (Dönetici)[Dönetici)[Dönetici))[Üye Olmayanlar (Dönetici))[Üye Olmayanlar (Dönetici))

Dugdale Strip-Yield Model

Dugdale'in modeli plastik bölgeye ince bir kollektif stresin ince bir şeriti olarak idealize edilir:0) ⁇ [Dönetici:0)[Dönetici: 1 )[Döneticileri)[Döneticileri)[Döneticileri))[Döneticileri)))[değiştir | kaynağı değiştirmiş durumdaki (Düzücük))))))[Düzüğün (P)))))))))

HRR Field ve J-Integral

Bir güç yasasını zorlayan malzemeler için, Hutchinson, Rice ve Rosengren (HRR) tekillik, çatlakların uç şekillerine karşı kendi kendini ifade eder.Bu çerçevede plastik bölge keskin bir sınır tarafından tanımlanmamıştır, ancak etkili bir şekilde bir eşiğine geçilir. J-integral yolu bağımsızlığı, platozukların büyük ölçüde önemli ölçüde katılaşılması gerekir.

Doğrudan Plastik Bölge Haritası için Deneysel Yöntemler

Modern deneysel teknikler, araştırmacıların plastik bölgeleri alt-mikrometre kararına göre görselleştirmelerine ve ölçüm etmelerine izin verir. Her yöntem, uzaysal karar, görüş alanı ve aşırılık deformasyonu açısından güçlü ve sınırlamalara sahiptir.

Dijital Görüntü Kuramı (DIC)

DIC, daha önce alınan ve deformasyondan sonra alınan görüntülerin alt setleri ile, DIC, eşdeğer bir von Mises'in susadığı bölgeye ait olup, genellikle optik dengelemeye bağlı olarak alınır.

DIC'nin kırık mekaniklerinde en güçlü uygulamaları, hem monoton hem de döngüsel yükleme altında çatlakların yarılma şeklinin doğrudan ölçümüdir.Süretim tarihine saygı duyan araştırmacılar, ancak bazen çürük bir şekilde onaylanırlar - sınıfsal modeller. Örneğin, uçaktaki gerçek plastik bölgenin sabitlenme (CT) ve plastik hafifçe değiştirilmesi (örneğin,) ile önceden kullanılan fikre göre daha fazla elongated edilir.

Bununla birlikte, DIC doğal olarak bir yüzey tekniğidir ve sub-surface plastikliği ile kanıtlayamaz. Ölçülen su alanı, malzeme kalınlığı aracılığıyla tüm alt yüzey bölgesinden etkilerle birleştirir, bu da önemli ölçüde hasara yol açabilir. Araştırmacılar genellikle ince bir örnekle DIC uygular veya üç boyutlu geçerlilik için senkronizasyonu birleştirir.

Yüksek Çözünürlük Elektron Backscatter Diffraction (EBSD)

Bir tarama elektron mikroskopu (SEM) haritaları, ortalama yanlış yönlendirme (KAM) veya geometrik olarak gerekli bir dislokasyon (GND) yoğunluk haritaları ile sayısal olarak açıklanabilir.GND yoğunlukları, GND yoğunluklarının bilgisiz arka plandan belli bir eşiği aşıyor.

EBSD, DIC'nin birkaç avantajı sunar: plastik bölgenin mikroyapısal bağlamını ortaya çıkarır, örneğin tahıl sınırları, ikiz sınırları ve Schmid faktörüne göre diğer bazı tahıllar, Schmid faktörlerine göre diğerlerinden daha ağır bir şekilde haber verir.Bu heterojenlik, DIC ölçümlerinde tamamen düşüktür, ancak kısa çatlakların erken aşamalarındaki aşırı derecede heterojendir.

EBSD'nin ana sınırlaması, bir post-mortem tekniğidir - ek olarak yükleme sırasında plastik bölgenin evriminin çoğunu yakalayamaz: polikliniğindeki son gelişmeler kısmen bu konuya hitap etmek için gereklidir, ancak yüksek kaliteli EBSD haritalama (genellikle saatler) incelenebilir.

Synchrotron X-ray Diffraction ve Micro-CT

Synchrotron X-ray kaynakları yüksek hacimli ve absürtsel füzyonları, çatlakların üç boyutlu görselleştirilmesi için yüksek hacimli kirişler sağlamaktadır. İki ana teknik plastik bölge niceliği için kullanılır: elastik lattice sustu ve absorpsiyon/faz-kontrast tomografisi, çatlakları doğrudan üç boyutlu olarak çevreleyen füzyon için kullanılır.

Enerji-devreleri veya monokromatik X-ray diffraction, Bragg zirvelerinde kayma nedeniyle sert bir şekilde sıkıştırılabilir. plastik bölge daha sonra, birkaç milimetrenin etrafındaki oturma basıncı ve penetrasyon derinlikleri ile, senkronizasyonu kullanarak, yüzey tekniklerinin önceden ortaya kontamine edilmesi nedeniyle özellikle de değerli bir pencere sunuyor.

X-ray mikro-komputed tomografi (μCT) ile birlikte dijital hacimsel (DVC) DIC'nin üçüncü boyuta doğru çalışmasını genişleterek, iç özelliklerin hareketini takip ederek (harlar, dahil etmek veya tanıtıldıklar), araştırmacılar üç boyutlu bir yer değiştirme alanını yeniden inşa edebilir ve mikroyapıyı takip eden plastik susayabilirler.

C ⁇ Yöntemleri: Süreklilikten Kristal Plastikliğe

Sayısal simülasyon deneysel ölçümleri yorumlamak ve test etmek zor veya imkansız olan koşullar altında plastik bölge davranışını tahmin etmek için vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir. Bu simülasyonların sadakati, kullanılan materyal modele bağlıdır.

Finite Element Isotropic / Zoring Modeling

Standart FEM J)2[Dönetici veya kinematik sertleştirme ile birlikte, plastik bölgenin birçok mühendislik alaşımları için genel şeklini ve sınırlı tutma, ve sonlu elemanlar yöntemiyle birleştirilerek, yeniden yüklemeye gerek kalmadan yayılmayı simüle edebilir. Araştırmacılar bu modelleri kullanarak, plastik alan büyüklüğüne ve kısıtlamaların etkisini incelemek için kullandılar.

Ancak, sürekli FEM, plastik bölgenin evriminin mikroyapısal yönlerini yakalamaz. Örneğin, nikel-base süperalloys'ta kırılan tahıl sınırlarında yerel plastik sualtı birikimini tahmin edemez.Bu sınırlama daha fiziksel olarak temelli yaklaşımlar geliştirmektedir.

Çok ölçekli Yaklaşımlar: Cohesive Zone ve Faz-Field Modeller

Cohesive zone modelleri (CZM), ön tanımlanmış veya potansiyel bir çatlaklar yolundaki çatlakları bastırarak, HRR alanından elde edilen toplam enerji ile CZM, plastik alandaki artış gibi fenomenleri çoğaltabilir.

Kristal Plastiklik Finite Element (CPFE) Yöntemi

CPFE, kayma sistemi aktivitesini, zorlaştırma yasaları ve lattice rotasyonunu dahil ederek tahıl ölçeğindeki yönetim denklemlerini çözüyor ve CPFE'nin kullanarak yapılan her entegrasyon noktası, tüm aktif kayma sistemleri üzerindeki hear oranlarının summasyonundan takip ettiği gibi, EBSD haritalarında görülen heterojen plastik bölge yapısını tekrarlayabiliyor.

CPFE simülasyonları hesaplamalı olarak pahalıdır - polikristal agresyonun tipik bir modeli milyonlarca element içerebilir ve binlerce CPU saati gerektirir. Bununla birlikte, plastik alan özelliklerini mikroyapısal tanımlayıcılar gibi tahmin edebilecek sanal laboratuvarlar olarak giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Uygulamaları: Fatigue Crack Büyüme, Ductile Tearing ve Threshold Davranışları

Plastik bölge, üç büyük parça kırık mekanik alanına merkezidir: toplam yaşam yaklaşımları, hasar toleransı ve yorgunluk eşinin karakterizasyonu.

Cyclic Plastik Bölgesi ve Fatigue Crack Closure

Çevrimdışı yükleme altında, plastik bir bölge yükleme yarı döngüsü sırasında geliştirir, ancak yüklenmemiş durumda, genellikle monoton plastik bölgenin büyüklüğüne göre yüksek çözünürlükte bulunur.

Ductile Tearing ve J-Controlled Büyüme

İndüksiyon malzemeleri, stabil çatlakların ortaya çıkışı kritik bir değere ulaştığında gerçekleşir ve ileri çatlakların arkasındaki plastik uyandırma formları doğrudan hikayeye bağlanır.The plastik zone Dimension is directly associated to the tearing modulus of the correctT:0)T) = (dJ/da)(E/ ⁇ ))) Bu ölçümler kalibre edici ve senkronizasyonu doğru bir şekilde doğrulayarak, sabitleme yöntemleri doğru bir şekilde yapılır.

Yakın tarihli Microstructural Influence on Near-Threshold Fracture

Soğuk eşi yakın zamanda plastik bölge büyüklüğü veya büyük mikroyapısal özelliklerin yayılması ile karşılaştırılabilir. İşte sürekli olarak varsayımlar kırılır ve yerel mikroyapım büyüme mekanizmasının sadece bir veya iki tahılın uzun süre karmaşıklık eşikleri altında meydana gelebileceğini göstermiştir, bu da plastik bölgenin tahıl sınırları ve ikinci-fayıtılmış parçacıklarla etkileşimi ile oldukça hassastır. EBSD-deptron tabanlı ölçümler, bu tür bir şekilde geliştirilebilir.

Future Yol ve Entegre Yaklaşımlar

Plastik alanda en umut verici gelişmeler, tam bir resim elde etmek için tamamlayıcı teknikleri birleştirmektedir. Örneğin, situ DIC yüzeysel susasyonunu yakalayabilir ve senkronizasyonu azaltırken, senkronizasyonu azaltılabilir ve test sonrası ölçümler ile deneysel ölçümler geliştirilmiştir.In example, in situ DIC can catch the yüzeysel deformasyon evrimleri yakalayabilir ve belirsizlikleri azaltır.In addition, multi-modal veriler senkronizasyon çerçeveleri yüksek sadakat CPFE simülasyonları ile deneysel ölçümler gerçekleştirilir.

Bir başka sınır, ölçüm gürültüsünün varlığıyla ilgili olarak DIC su hatları üzerinde eğitilmiş gerçek zamanlı geri bildirimler için, bu modeller, deneyler sırasında gerçek zamanlı geri bildirimler yapabilmeleri için makine öğreniminin uygulanmasıdır. Benzer şekilde, CPFE veritabanlarında eğitilmiş modeller, bir milisaniyenin ve mikroyapının işlevi olarak yaklaşık plastik alan büyüklüğü ve şekli ile ilgili olarak, yüzeysel sağlık izleme için çeşitli dijital ikiz platformlara entegre edilebilir.

Son olarak, katkı maddeleri üretimine doğru itki (AM) yeni zorluklar getiriyor: bu bölgeleri karakterize etmek ve yeni prosese özgü kırık kriterleri geliştirmek için situ senkronizasyonu yapan yüksek çözünürlüklü EBSD ile birlikte yapılan Advanced methods, bu bölgeleri karakterize etmek ve yeni işlem-özel kırık kriterleri geliştirmek için kullanılıyor.

Sonuçlar

Atomun plastik bölgeleri, atomun kristalin üst düzeye kadar uzun ölçeklere ulaşmasına olanak sağlayan sofistike, çok teknolojili bir çalışma ile, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan boşluklar arasındaki boşlukta yüksek çözünürlükte bir hesaplama ile gelişti; daha yüksek çözünürlükte ölçümler; daha yüksek çözünürlükte ve mikro-enerjik yapıların tasarımının temel tasarımını artırmak, ancak daha güvenli hale getirmek için daha güvenli bir şekilde kontrol edilen betonarme ve mikro-enerjik sistemlere ulaşmanın daha fazla önem verdiğinden daha fazla bilgi için daha fazla bilgi için.