Accidente de fractura en ingeniería.
(1) En 1969, durante un entrenamiento de vuelo, el ala izquierda de un avión F-111 estadounidense colapsó y se estrelló, mientras realizaba un ejercicio de recuperación del lanzamiento de una bomba. A pesar de que la velocidad de vuelo, el peso total, la sobrecarga y otros indicadores eran significativamente más bajos que los indicadores de diseño, el ala aún estaba separada del avión.
Una inspección y análisis revelaron que el pivote del ala estaba defectuoso debido a un tratamiento térmico inadecuado durante el proceso de fabricación. A pesar de la falta de inspecciones, la grieta continuó expandiéndose bajo cargas de fatiga, lo que provocó daños por baja tensión.
(2) Durante la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos produjo 2.500 barcos libres, de los cuales 700 sufrieron graves daños y 145 se dividieron en dos secciones. Sorprendentemente, algunos de estos incidentes ocurrieron en mares en calma, a pesar de que todos los barcos estaban fabricados con materiales de alta resistencia.
Tras analizar las causas de los daños, se descubrió que las tensiones en la unión soldada se concentraban y la resistencia al impacto se reducía debido al descenso de temperatura, lo que hacía que la estructura del barco fuera vulnerable a fracturas.
(3) El puente felino de Bélgica se dividió en tres tramos en 1938.
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¿Qué es la mecánica de fracturas?
Un importante número de estudios indican que las fracturas frágiles siempre son causadas por macrofisuras y, en la mayoría de los casos, la existencia de este tipo de fisuras en las estructuras es inevitable.
La resistencia al agrietamiento de un material depende de la resistencia del material a la propagación de grietas, que está determinada por sus propiedades internas.
El campo de tensiones y deformaciones alrededor de la punta de la grieta, así como la ley de propagación de la grieta, se estudian utilizando teorías elásticas y plásticas y una nueva tecnología de prueba conocida como mecánica de fractura.
Proceso de fractura de componentes
(1) Generación de grietas:
- Las macro y microfisuras se generan en puntos de concentración de tensiones en una estructura debido a factores ambientales como fatiga, corrosión, tensión y temperatura.
- Puede haber defectos en el propio material.
- También pueden aparecer grietas durante la producción y el procesamiento.
(2) Propagación de grietas subcríticas:
Bajo la influencia del medio ambiente, las macromicrofisuras se expanden gradual y lentamente durante el mantenimiento de los componentes.
(3) Iniciación de grietas:
Bajo la acción de la tensión, la grieta se expande gradualmente hasta alcanzar la longitud crítica y el componente pierde repentinamente estabilidad.
(4) Propagación de grietas:
Las grietas inestables se propagan a gran velocidad, alcanzando 1/4 de la velocidad del sonido en el material.
(5) Parada de grietas:
Una vez que la grieta se vuelve inestable, puede atravesar toda la estructura y destruir partes estructurales;
O el agrietamiento se detiene bajo ciertas condiciones.
Clasificación de la mecánica de fracturas.
La mecánica de fracturas se puede dividir en mecánica de fracturas macroscópica y mecánica de fracturas microscópicas, mientras que la mecánica de fracturas macroscópicas se puede dividir en mecánica de fracturas elástica lineal, mecánica de fracturas elástico-plástica, dinámica de fracturas y mecánica de fracturas de interfaz.
Propósito de la mecánica de fracturas
La mecánica de fracturas estudia las diferentes etapas del proceso de fractura. Basándose en numerosos experimentos, examina la resistencia a la fractura de materiales que contienen grietas y las leyes que rigen la generación, propagación, inestabilidad y retención de grietas. Este campo proporciona información valiosa para un diseño de productos más seguro.
