विभंजन सुदृढता

फ्रैक्चर बेरहमी पर नमूना मोटाई का प्रभाव

सामग्री विज्ञान में, भंग की कठोरता एक तेज फ्रैक्चर का महत्वपूर्ण तनाव तीव्रता कारक है जहां दरार का प्रसार अचानक तेजी से और असीमित हो जाता है। एक घटक की मोटाई समतल तनाव की स्थिति वाले पतले घटकों और समतल तनाव की स्थिति वाले मोटे घटकों के साथ दरार की नोक पर बाधा की स्थिति को प्रभावित करती है। [[विमान तनाव]] की स्थिति सबसे कम फ्रैक्चर टफनेस वैल्यू देती है जो एक भौतिक गुण है। प्लेन स्ट्रेन स्थितियों के तहत मापे गए फ्रैक्चर मैकेनिक्स लोडिंग में स्ट्रेस इंटेंसिटी फैक्टर के महत्वपूर्ण मूल्य को प्लेन स्ट्रेन फ्रैक्चर टफनेस के रूप में जाना जाता है, जिसे निरूपित किया जाता है $K_{\text{Ic}}$. जब एक परीक्षण मोटाई और अन्य परीक्षण आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल रहता है जो विमान तनाव की स्थिति सुनिश्चित करने के लिए होता है, तो उत्पादित फ्रैक्चर क्रूरता मूल्य को पदनाम दिया जाता है $K_{\text{c}}$. फ्रैक्चर बेरहमी दरार प्रसार के लिए सामग्री के प्रतिरोध को व्यक्त करने का एक मात्रात्मक तरीका है और किसी दिए गए सामग्री के लिए मानक मान आम तौर पर उपलब्ध होते हैं।

तनाव जंग क्रैकिंग के रूप में जाना जाने वाला धीमा आत्मनिर्भर दरार प्रसार, दहलीज के ऊपर एक संक्षारक वातावरण में हो सकता है $K_{\text{Iscc}}$ और नीचे $K_{\text{Ic}}$. दरार विस्तार की छोटी वृद्धि थकान (सामग्री) दरार वृद्धि के दौरान भी हो सकती है, जो बार-बार लोडिंग चक्रों के बाद, धीरे-धीरे एक दरार को बढ़ा सकती है जब तक कि अंतिम विफलता फ्रैक्चर की कठोरता से अधिक न हो जाए।

सामग्री भिन्नता

Material type	Material	KIc (MPa · m1/2)
Metal	Aluminum	14–28
	Aluminum alloy (7075)	20-35
	Inconel 718	73-87
	Maraging steel (200 Grade)	175
	Steel alloy (4340)	50
	Titanium alloy	84–107
Ceramic	Aluminum oxide	3–5
	Silicon carbide	3–5
	Soda-lime glass	0.7–0.8
	Concrete	0.2–1.4
Polymer	Polymethyl methacrylate	0.7–1.60
	Polystyrene	0.7–1.1
Composite	Mullite-fibre composite	1.8–3.3
	Silica aerogels	0.0008–0.0048

फ्रैक्चर बेरहमी सामग्री में परिमाण के लगभग 4 आदेशों से भिन्न होती है। धातु फ्रैक्चर बेरहमी के उच्चतम मूल्यों को धारण करते हैं। दरारें कठोर सामग्रियों में आसानी से फैल नहीं सकती हैं, जिससे धातुएं तनाव के तहत क्रैकिंग के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी बन जाती हैं और उनके तनाव-तनाव वक्र को प्लास्टिक प्रवाह का एक बड़ा क्षेत्र बना देती हैं। सेरेमिक्स में फ्रैक्चर की कठोरता कम होती है, लेकिन स्ट्रेस फ्रैक्चर में एक असाधारण सुधार होता है, जो धातुओं के सापेक्ष उनके 1.5 परिमाण की ताकत में वृद्धि के लिए जिम्मेदार होता है। इंजीनियरिंग पॉलिमर के साथ इंजीनियरिंग सिरेमिक के संयोजन से बने कंपोजिट की फ्रैक्चर बेरहमी, घटक सामग्री की व्यक्तिगत फ्रैक्चर क्रूरता से बहुत अधिक है।

तंत्र

आंतरिक तंत्र

आंतरिक सख्त तंत्र ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो सामग्री की कठोरता को बढ़ाने के लिए दरार की नोक के आगे काम करती हैं। ये आधार सामग्री की संरचना और बंधन के साथ-साथ माइक्रोस्ट्रक्चरल फीचर्स और एडिटिव्स से संबंधित होंगे। तंत्र के उदाहरणों में शामिल हैं

• द्वितीयक चरणों द्वारा दरार विक्षेपण,
• महीन सूक्ष्म संरचना के कारण दरार द्विभाजन
• अनाज की सीमाओं के कारण दरार पथ में परिवर्तन

आधार सामग्री में कोई परिवर्तन जो इसकी लचीलापन बढ़ाता है, को भी आंतरिक सख्त माना जा सकता है।

अनाज की सीमाएं

सामग्री में अनाज की उपस्थिति भी दरारें फैलने के तरीके को प्रभावित करके इसकी कठोरता को प्रभावित कर सकती है। एक दरार के सामने, सामग्री उपज के रूप में एक प्लास्टिक क्षेत्र मौजूद हो सकता है। उस क्षेत्र से परे, सामग्री लोचदार रहती है। इस प्लास्टिक और लोचदार क्षेत्र के बीच की सीमा पर फ्रैक्चर की स्थिति सबसे अनुकूल होती है, और इस प्रकार दरारें अक्सर उस स्थान पर अनाज की दरार से शुरू होती हैं।

कम तापमान पर, जहां सामग्री पूरी तरह से भंगुर हो सकती है, जैसे शरीर-केंद्रित घन (बीसीसी) धातु में, प्लास्टिक क्षेत्र सिकुड़ जाता है, और केवल लोचदार क्षेत्र मौजूद होता है। इस अवस्था में, अनाज के क्रमिक विदलन से दरार फैल जाएगी। इन कम तापमानों पर, उपज शक्ति अधिक होती है, लेकिन फ्रैक्चर स्ट्रेन और क्रैक टिप वक्रता की त्रिज्या कम होती है, जिससे कम कठोरता होती है। उच्च तापमान पर, उपज शक्ति कम हो जाती है और प्लास्टिक क्षेत्र का निर्माण होता है। लोचदार-प्लास्टिक क्षेत्र की सीमा पर विदलन शुरू होने की संभावना है, और फिर मुख्य दरार टिप पर वापस लिंक करें। यह आम तौर पर अनाज के दरारों का मिश्रण होता है, और रेशेदार लिंकेज के रूप में जाने वाले अनाज के नमनीय फ्रैक्चर होते हैं। जब तक लिंकअप पूरी तरह से रेशेदार लिंकेज नहीं हो जाता, तब तक रेशेदार लिंकेज का प्रतिशत तापमान बढ़ने के साथ बढ़ता है। इस अवस्था में, भले ही उपज शक्ति कम हो, तन्य फ्रैक्चर की उपस्थिति और वक्रता के एक उच्च दरार टिप त्रिज्या के परिणामस्वरूप उच्च क्रूरता होती है।

समावेशन

दूसरे चरण के कणों जैसी सामग्री में समावेश भंगुर अनाज के समान कार्य कर सकता है जो दरार प्रसार को प्रभावित कर सकता है। समावेशन पर फ्रैक्चर या डीकोहेसन या तो बाहरी लागू तनाव या इसके आसपास मैट्रिक्स के साथ निकटता बनाए रखने के लिए समावेशन की आवश्यकता से उत्पन्न अव्यवस्थाओं के कारण हो सकता है। अनाज के समान, प्लास्टिक-लोचदार क्षेत्र की सीमा पर फ्रैक्चर होने की सबसे अधिक संभावना है। फिर दरार वापस मुख्य दरार से जुड़ सकती है। यदि प्लास्टिक क्षेत्र छोटा है या समावेशन का घनत्व छोटा है, तो फ्रैक्चर की मुख्य दरार टिप के साथ सीधे जुड़ने की संभावना अधिक होती है। यदि प्लास्टिक ज़ोन बड़ा है, या समावेशन का घनत्व अधिक है, तो प्लास्टिक ज़ोन के भीतर अतिरिक्त समावेशन फ्रैक्चर हो सकते हैं, और लिंकअप दरार से ज़ोन के भीतर निकटतम फ्रैक्चरिंग समावेशन की प्रगति से होता है।

परिवर्तन सख्त

ट्रांसफॉर्मेशन टफनिंग एक घटना है जिससे एक सामग्री एक या एक से अधिक मार्टेंसिक ट्रांसफॉर्मेशन # मार्टेंसिटिक ट्रांसफॉर्मेशन (विस्थापन, प्रसार रहित) चरण परिवर्तनों से गुजरती है, जिसके परिणामस्वरूप उस सामग्री की मात्रा में लगभग तात्कालिक परिवर्तन होता है। यह परिवर्तन सामग्री की तनाव स्थिति में परिवर्तन से शुरू होता है, जैसे तन्य तनाव में वृद्धि, और लागू तनाव के विरोध में कार्य करता है। इस प्रकार जब सामग्री को स्थानीय रूप से तनाव में रखा जाता है, उदाहरण के लिए बढ़ती दरार की नोक पर, यह एक चरण परिवर्तन से गुजर सकता है जो इसकी मात्रा बढ़ाता है, स्थानीय तन्यता तनाव को कम करता है और सामग्री के माध्यम से दरार की प्रगति में बाधा डालता है। सिरेमिक सामग्री की कठोरता को बढ़ाने के लिए इस तंत्र का उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से जेट इंजन टरबाइन ब्लेड पर सिरेमिक चाकू और थर्मल बैरियर कोटिंग्स जैसे अनुप्रयोगों के लिए येट्रिया-स्थिर ज़िरकोनिया में।

बाहरी तंत्र

बाहरी सख्त तंत्र ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो दरार की नोक के पीछे कार्य करती हैं ताकि इसके आगे खुलने का विरोध किया जा सके। उदाहरणों में शामिल

• फाइबर/लैमेला ब्रिजिंग, जहां मैट्रिक्स के माध्यम से दरार के प्रसार के बाद ये संरचनाएं दो फ्रैक्चर सतहों को एक साथ रखती हैं,
• दो खुरदरी फ्रैक्चर सतहों के बीच घर्षण से क्रैक वेजिंग, और
• माइक्रोक्रैकिंग, जहां मुख्य दरार के आसपास सामग्री में छोटी दरारें बनती हैं, सामग्री के लोचदार मापांक को प्रभावी ढंग से बढ़ाकर दरार की नोक पर तनाव से राहत मिलती है।

परीक्षण के तरीके

क्रैकिंग द्वारा विफलता के लिए सामग्री के प्रतिरोध को मापने के लिए फ्रैक्चर क्रूरता परीक्षण किया जाता है। इस तरह के परीक्षणों के परिणामस्वरूप या तो फ्रैक्चर की कठोरता का एकल-मूल्यवान माप होता है या क्रैक विकास प्रतिरोध वक्र होता है। रेजिस्टेंस कर्व्स ऐसे प्लॉट होते हैं जहां फ्रैक्चर टफनेस पैरामीटर्स (के, जे आदि) को क्रैक के प्रसार को चिह्नित करने वाले मापदंडों के खिलाफ प्लॉट किया जाता है। फ्रैक्चर के तंत्र और स्थिरता के आधार पर प्रतिरोध वक्र या एकल-मूल्यवान फ्रैक्चर क्रूरता प्राप्त की जाती है। फ्रैक्चर बेरहमी इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण यांत्रिक संपत्ति है। सामग्री की फ्रैक्चर कठोरता को मापने के लिए कई प्रकार के परीक्षण होते हैं, जो आम तौर पर विभिन्न विन्यासों में से एक में पायदान (इंजीनियरिंग) नमूने का उपयोग करते हैं। एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली मानकीकृत परीक्षण विधि चरपी प्रभाव परीक्षण है जिसके तहत वी-नॉट या यू-नॉच के साथ एक नमूना पायदान के पीछे से प्रभाव के अधीन होता है। दरार विस्थापन परीक्षण भी व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं जैसे लोड लगाने से पहले परीक्षण नमूनों में पतली दरारों के साथ तीन-बिंदु बीम झुकने वाले परीक्षण।

परीक्षण आवश्यकताओं

नमूने का चुनाव

फ्रैक्चर बेरहमी के माप के लिए ASTM मानक E1820 फ्रैक्चर टफनेस टेस्टिंग के लिए तीन कूपन प्रकारों की सिफारिश करता है, सिंगल-एज बेंडिंग कूपन [एसई (बी)], कॉम्पैक्ट तनाव नमूना [सी (टी)] और डिस्क के आकार का कॉम्पैक्ट टेंशन कूपन [डीसी (टी)]। प्रत्येक नमूना विन्यास को तीन आयामों की विशेषता है, अर्थात् दरार की लंबाई (ए), मोटाई (बी) और चौड़ाई (डब्ल्यू)। इन आयामों के मूल्यों को उस विशेष परीक्षण की मांग से निर्धारित किया जाता है जो नमूने पर किया जा रहा है। अधिकांश परीक्षण कॉम्पैक्ट तनाव नमूने या तीन सूत्री वंक परीक्षण कॉन्फ़िगरेशन पर किए जाते हैं। समान विशिष्ट आयामों के लिए, कॉम्पैक्ट कॉन्फ़िगरेशन तीन-बिंदु फ्लेक्सुरल टेस्ट की तुलना में कम मात्रा में सामग्री लेता है।

भौतिक अभिविन्यास

अधिकांश इंजीनियरिंग सामग्रियों की अंतर्निहित गैर-आइसोट्रोपिक प्रकृति के कारण फ्रैक्चर का ओरिएंटेशन महत्वपूर्ण है। इसके कारण, सामग्री के भीतर कमजोरी के तल हो सकते हैं, और इस तल के साथ दरार विकास अन्य दिशाओं की तुलना में आसान हो सकता है। इस महत्व के कारण एएसटीएम ने फोर्जिंग एक्सिस के संबंध में क्रैक ओरिएंटेशन की रिपोर्टिंग का एक मानकीकृत तरीका तैयार किया है। अक्षर L, T और S का उपयोग अनुदैर्ध्य, अनुप्रस्थ और लघु अनुप्रस्थ दिशाओं को निरूपित करने के लिए किया जाता है, जहाँ अनुदैर्ध्य दिशा फोर्जिंग अक्ष के साथ मेल खाती है। अभिविन्यास को दो अक्षरों के साथ परिभाषित किया गया है, पहला मुख्य तन्यता तनाव की दिशा है और दूसरा दरार प्रसार की दिशा है। सामान्यतया, किसी सामग्री की कठोरता की निचली सीमा उस अभिविन्यास में प्राप्त की जाती है जहां फोर्जिंग अक्ष की दिशा में दरार बढ़ती है।

प्री-क्रैकिंग

सटीक परिणामों के लिए, परीक्षण से पहले एक तेज दरार की आवश्यकता होती है। मशीनी खांचे और खांचे इस कसौटी पर खरे नहीं उतरते। पर्याप्त रूप से तेज दरार को पेश करने का सबसे प्रभावी तरीका एक स्लॉट से थकान दरार को विकसित करने के लिए चक्रीय लोडिंग लागू करना है। स्लॉट की नोक पर थकान दरारें शुरू की जाती हैं और दरार की लंबाई अपने वांछित मूल्य तक पहुंचने तक बढ़ने की अनुमति दी जाती है।

चक्रीय लोडिंग को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाता है ताकि स्ट्रेन-हार्डनिंग के माध्यम से सामग्री की कठोरता को प्रभावित न किया जा सके। यह मुख्य फ्रैक्चर के प्लास्टिक क्षेत्र की तुलना में बहुत छोटे प्लास्टिक क्षेत्र का उत्पादन करने वाले चक्रीय भार को चुनकर किया जाता है। उदाहरण के लिए, ASTM E399 के अनुसार, अधिकतम तनाव तीव्रता K_max 0.6 से बड़ा नहीं होना चाहिए$K_{\text{Ic}}$ प्रारंभिक चरण के दौरान और 0.8 से कम$K_{\text{Ic}}$ जब दरार अपने अंतिम आकार तक पहुँच जाती है। कुछ मामलों में खांचे को फ्रैक्चर बेरहमी के नमूने के किनारों में मशीनीकृत किया जाता है ताकि दरार एक्सटेंशन के इच्छित पथ के साथ नमूने की मोटाई मूल मोटाई के न्यूनतम 80% तक कम हो जाए। इसका कारण आर-वक्र परीक्षण के दौरान सीधे दरार वाले मोर्चे को बनाए रखना है।

K के साथ चार मुख्य मानकीकृत परीक्षणों का वर्णन नीचे किया गया है_Ic और के_R रैखिक-लोचदार अस्थिभंग यांत्रिकी (LEFM) के लिए मान्य परीक्षण जबकि J और J_R लोचदार-प्लास्टिक फ्रैक्चर यांत्रिकी (EPFM) के लिए मान्य परीक्षण

प्लेन स्ट्रेन फ्रैक्चर बेरहमी का निर्धारण

जब कोई सामग्री विफलता से पहले एक रैखिक लोचदार तरीके से व्यवहार करती है, जैसे कि प्लास्टिक क्षेत्र नमूना आयाम की तुलना में छोटा होता है, तो मोड- I तनाव तीव्रता कारक का एक महत्वपूर्ण मान उपयुक्त फ्रैक्चर पैरामीटर हो सकता है। यह विधि महत्वपूर्ण इनफिनिटिमल तनाव सिद्धांत तनाव तीव्रता कारक के संदर्भ में फ्रैक्चर क्रूरता का मात्रात्मक माप प्रदान करती है। परिणाम सार्थक हैं यह सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण को एक बार पूरा होने के बाद मान्य किया जाना चाहिए। नमूना आकार निश्चित है, और दरार की नोक पर समतल तनाव की स्थिति सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त बड़ा होना चाहिए।

नमूना मोटाई दरार टिप पर बाधा की डिग्री को प्रभावित करती है जो बदले में फ्रैक्चर क्रूरता मूल्य को प्रभावित करती है एक पठार तक पहुंचने तक नमूना आकार में वृद्धि के साथ फ्रैक्चर की कठोरता कम हो जाती है। एएसटीएम ई 399 में नमूना आकार की आवश्यकताओं का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है $K_{\text{Ic}}$ माप यह सुनिश्चित करके विमान तनाव पठार से मेल खाते हैं कि नाममात्र रैखिक लोचदार स्थितियों के तहत नमूना फ्रैक्चर। यही है, नमूना क्रॉस सेक्शन की तुलना में प्लास्टिक ज़ोन छोटा होना चाहिए। ई 399 के वर्तमान संस्करण द्वारा चार नमूना विन्यास की अनुमति है: कॉम्पैक्ट, एसई (बी), आर्क-आकार और डिस्क-आकार के नमूने। के लिए नमूने $K_{\text{Ic}}$ परीक्षण आमतौर पर चौड़ाई के साथ गढ़े जाते हैं $W$ मोटाई के दोगुने के बराबर $B$. वे थकान पूर्व-दरार हैं ताकि दरार लंबाई/चौड़ाई अनुपात ($a/W$) 0.45 और 0.55 के बीच स्थित है। इस प्रकार, नमूना डिजाइन ऐसा है कि सभी प्रमुख आयाम, $a$, $B$, और $W$−$a$, लगभग बराबर हैं। इस डिजाइन के परिणामस्वरूप सामग्री का कुशल उपयोग होता है, क्योंकि मानक के लिए आवश्यक है कि इनमें से प्रत्येक आयाम प्लास्टिक क्षेत्र की तुलना में बड़ा होना चाहिए।

प्लेन-स्ट्रेन फ्रैक्चर टफनेस टेस्टिंग

फ्रैक्चर बेरहमी परीक्षण करते समय, सबसे आम परीक्षण नमूना विन्यास सिंगल एज नॉच (इंजीनियरिंग) बेंड (SENB या थ्री-पॉइंट बेंड), और कॉम्पैक्ट टेंशन (CT) नमूने हैं। परीक्षण से पता चला है कि विमान-तनाव की स्थिति आमतौर पर प्रबल होती है जब:

$B,a\geq 2.5\left({\frac {K_{IC}}{\sigma _{\text{YS}}}}\right)^{2}$

कहाँ $B$ न्यूनतम आवश्यक मोटाई है, $K_{\text{Ic}}$ सामग्री की फ्रैक्चर बेरहमी और $\sigma _{\text{YS}}$ भौतिक उपज शक्ति है।

परीक्षण एक ऐसी दर पर स्थिर रूप से लोड करके किया जाता है जैसे कि K_I 0.55 से बढ़कर 2.75 (MPa${\sqrt {m}}$)/एस। परीक्षण के दौरान, लोड और क्रैक माउथ ओपनिंग डिसप्लेसमेंट (CMOD) रिकॉर्ड किया जाता है और अधिकतम लोड तक पहुंचने तक परीक्षण जारी रहता है। क्रिटिकल लोड <P_Q लोड बनाम सीएमओडी प्लॉट के माध्यम से गणना की जाती है। अनंतिम क्रूरता K_Q के रूप में दिया जाता है

$K_{Q}={\frac {P_{Q}}{{\sqrt {W}}B}}f(a/W,...)$.

ज्यामिति कारक $f(a/W,...)$ a/W का आयाम रहित फलन है और E 399 मानक में बहुपद रूप में दिया गया है। कॉम्पैक्ट परीक्षण ज्यामिति के लिए ज्यामिति कारक कॉम्पैक्ट तनाव नमूना पाया जा सकता है। निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करने पर इस अनंतिम क्रूरता मूल्य को मान्य माना जाता है:

$min(B,a)>2.5\left({\frac {K_{Q}}{\sigma _{\text{YS}}}}\right)^{2}$और $P_{max}\leq 1.1P_{Q}$

जब अज्ञात फ्रैक्चर बेरहमी की सामग्री का परीक्षण किया जाता है, तो पूर्ण सामग्री खंड मोटाई का एक नमूना परीक्षण किया जाता है या फ्रैक्चर क्रूरता की भविष्यवाणी के आधार पर नमूना का आकार होता है। यदि परीक्षण से उत्पन्न फ्रैक्चर बेरहमी मूल्य उपरोक्त समीकरण की आवश्यकता को पूरा नहीं करता है, तो मोटे नमूने का उपयोग करके परीक्षण को दोहराया जाना चाहिए। इस मोटाई की गणना के अलावा, परीक्षण विनिर्देशों में कई अन्य आवश्यकताएं होती हैं जिन्हें पूरा किया जाना चाहिए (जैसे कतरनी होंठ का आकार) परीक्षण से पहले कहा जा सकता है कि K में परिणाम हुआ है_IC कीमत।

जब एक परीक्षण मोटाई और अन्य सादा-तनाव आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल रहता है, तो उत्पादित फ्रैक्चर बेरहमी मूल्य को पदनाम K दिया जाता है_c. कभी-कभी, मोटाई की आवश्यकता को पूरा करने वाले नमूने का उत्पादन करना संभव नहीं होता है। उदाहरण के लिए, जब उच्च कठोरता वाली एक अपेक्षाकृत पतली प्लेट का परीक्षण किया जा रहा है, तो दरार की नोक पर विमान-तनाव की स्थिति के साथ एक मोटा नमूना तैयार करना संभव नहीं हो सकता है।

आर-वक्र का निर्धारण, के-आर

स्थिर दरार वृद्धि दिखाने वाला नमूना फ्रैक्चर की कठोरता में बढ़ती प्रवृत्ति को दर्शाता है क्योंकि दरार की लंबाई बढ़ जाती है (नमनीय दरार विस्तार)। फ्रैक्चर बेरहमी बनाम दरार की लंबाई के इस प्लॉट को प्रतिरोध (आर) -वक्र कहा जाता है। ASTM E561 सामग्री में कठोरता बनाम दरार वृद्धि वक्रों के निर्धारण के लिए एक प्रक्रिया की रूपरेखा तैयार करता है। इस मानक में सामग्री की न्यूनतम मोटाई पर कोई प्रतिबंध नहीं है और इसलिए इसका उपयोग पतली शीट के लिए किया जा सकता है, हालांकि परीक्षण के वैध होने के लिए एलईएफएम की आवश्यकताओं को पूरा किया जाना चाहिए। एलईएफएम के लिए मानदंड अनिवार्य रूप से बताता है कि प्लास्टिक क्षेत्र की तुलना में इन-प्लेन आयाम बड़ा होना चाहिए। आर वक्र के आकार पर मोटाई के प्रभाव के बारे में गलत धारणा है। यह संकेत दिया जाता है कि समान सामग्री के लिए मोटा खंड समतल तनाव फ्रैक्चर द्वारा विफल हो जाता है और एकल-मूल्यवान फ्रैक्चर क्रूरता दिखाता है, पतला खंड विमान तनाव फ्रैक्चर द्वारा विफल हो जाता है और बढ़ते आर-वक्र को दर्शाता है। हालांकि, आर वक्र के ढलान को नियंत्रित करने वाला मुख्य कारक फ्रैक्चर आकारिकी है न कि मोटाई। कुछ सामग्री खंड मोटाई में फ्रैक्चर आकारिकी को नमनीय फाड़ से दरार को पतले से मोटे खंड में बदल दिया जाता है, इस मामले में मोटाई अकेले आर-वक्र के ढलान को निर्धारित करती है। ऐसे मामले हैं जहां माइक्रोवॉइड कोलेसेंस विफलता का तरीका होने के कारण बढ़ते आर-वक्र में प्लेन स्ट्रेन फ्रैक्चर भी होता है।

के-आर वक्र का मूल्यांकन करने का सबसे सटीक तरीका प्लास्टिक ज़ोन के सापेक्ष आकार के आधार पर प्लास्टिसिटी की उपस्थिति को ध्यान में रखना है। नगण्य प्लास्टिसिटी के मामले में, लोड बनाम विस्थापन वक्र परीक्षण से प्राप्त किया जाता है और प्रत्येक बिंदु पर अनुपालन पाया जाता है। अनुपालन वक्र के ढलान का पारस्परिक है जिसका पालन किया जाएगा यदि नमूना एक निश्चित बिंदु पर उतार दिया जाता है, जिसे एलईएफएम के लिए विस्थापन के अनुपात के रूप में दिया जा सकता है। एएसटीएम मानक में दिए गए संबंध के माध्यम से तात्कालिक दरार की लंबाई निर्धारित करने के लिए अनुपालन का उपयोग किया जाता है।

प्रभावी दरार लंबाई की गणना करके तनाव की तीव्रता को ठीक किया जाना चाहिए। एएसटीएम मानक दो वैकल्पिक तरीकों का सुझाव देता है। पहली विधि को इरविन का प्लास्टिक ज़ोन करेक्शन नाम दिया गया है। इरविन का दृष्टिकोण प्रभावी दरार की लंबाई का वर्णन करता है $a_{\text{eff}}$ होना

$a_{\text{eff}}=a+{\frac {1}{2\pi }}\left({\frac {K}{\sigma _{YS}}}\right)^{2}$

इरविन का दृष्टिकोण पुनरावृत्त समाधान की ओर ले जाता है क्योंकि K स्वयं दरार की लंबाई का कार्य है।

दूसरी विधि, अर्थात् छेदक विधि, प्रभावी अनुपालन से प्रभावी दरार लंबाई की गणना करने के लिए एएसटीएम मानक द्वारा दिए गए अनुपालन-दरार लंबाई समीकरण का उपयोग करती है। लोड बनाम विस्थापन वक्र में किसी भी बिंदु पर अनुपालन अनिवार्य रूप से वक्र के ढलान का पारस्परिक होता है जो उस बिंदु पर नमूना उतारने पर होता है। अब अनलोडिंग वक्र रैखिक लोचदार सामग्री के लिए उत्पत्ति पर लौटता है लेकिन लोचदार प्लास्टिक सामग्री के लिए नहीं क्योंकि स्थायी विरूपण होता है। लोचदार प्लास्टिक के मामले के लिए एक बिंदु पर प्रभावी अनुपालन को बिंदु और मूल में शामिल होने वाली रेखा के ढलान के रूप में लिया जाता है (यानी अनुपालन यदि सामग्री एक लोचदार थी)। इस प्रभावी अनुपालन का उपयोग प्रभावी दरार वृद्धि प्राप्त करने के लिए किया जाता है और शेष गणना समीकरण का अनुसरण करती है

$K_{I}={\frac {P}{{\sqrt {W}}B}}f(a_{\text{eff}}/W,...)$

प्लास्टिसिटी सुधार का विकल्प प्लास्टिक क्षेत्र के आकार पर निर्भर करता है। एएसटीएम मानक आवरण प्रतिरोध वक्र सुझाव देता है कि इरविन की विधि का उपयोग छोटे प्लास्टिक क्षेत्र के लिए स्वीकार्य है और क्रैक-टिप प्लास्टिसिटी अधिक प्रमुख होने पर सिकेंट विधि का उपयोग करने की सिफारिश करता है। चूंकि एएसटीएम ई 561 मानक में नमूना आकार या अधिकतम स्वीकार्य दरार विस्तार पर आवश्यकताएं शामिल नहीं हैं, इसलिए प्रतिरोध वक्र के आकार की स्वतंत्रता की गारंटी नहीं है। कुछ अध्ययनों से पता चलता है कि सिकेंट विधि के लिए प्रायोगिक डेटा में आकार की निर्भरता कम पाई गई है।

जे का निर्धारण_IC

तनाव ऊर्जा रिलीज दर प्रति यूनिट फ्रैक्चर सतह क्षेत्र की गणना जे-इंटीग्रल विधि द्वारा की जाती है जो दरार की नोक के चारों ओर एक समोच्च पथ अभिन्न है जहां पथ शुरू होता है और दोनों दरार सतहों पर समाप्त होता है। जे-क्रूरता मूल्य एक दरार के बढ़ने के लिए आवश्यक तनाव ऊर्जा की मात्रा के संदर्भ में सामग्री के प्रतिरोध को दर्शाता है। जे_IC बेरहमी मूल्य लोचदार प्लास्टिक सामग्री के लिए मापा जाता है। अब एकल-मूल्यवान जे_IC तन्य दरार विस्तार की शुरुआत के निकट कठोरता के रूप में निर्धारित किया जाता है (तनाव सख्त होने का प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं है)। प्रत्येक नमूने को विभिन्न स्तरों पर लोड करने और उतारने के लिए कई नमूनों के साथ परीक्षण किया जाता है। यह क्रैक माउथ ओपनिंग कंप्लायंस देता है जिसका उपयोग एएसटीएम मानक ई 1820 में दिए गए रिश्तों की मदद से क्रैक लेंथ प्राप्त करने के लिए किया जाता है, जिसमें जे-इंटीग्रल टेस्टिंग शामिल है। दरार वृद्धि को मापने का एक अन्य तरीका नमूना को हीट टिंटिंग या थकान क्रैकिंग के साथ चिह्नित करना है। नमूना अंततः अलग हो जाता है और निशान की मदद से दरार विस्तार को मापा जाता है।

इस प्रकार किए गए परीक्षण से कई लोड बनाम क्रैक माउथ ओपनिंग डिसप्लेसमेंट (CMOD) वक्र प्राप्त होते हैं, जिनका उपयोग J की गणना करने के लिए किया जाता है: -

$J=J_{el}+J_{pl}$

रैखिक लोचदार J का उपयोग करके गणना की जाती है

$J_{el}={\frac {K^{2}\left(1-\nu ^{2}\right)}{E}}$और K से निर्धारित होता है $K_{I}={\frac {P}{\sqrt {WBB_{N}}}}f(a/W,...)$जहां बी_N साइड-ग्रूव्ड नमूने के लिए शुद्ध मोटाई है और साइड-ग्रूव्ड नमूने के लिए बी के बराबर नहीं है

लोचदार प्लास्टिक जे का उपयोग करके गणना की जाती है

$J_{pl}={\frac {\eta A_{pl}}{B_{N}b_{o}}}$

कहाँ $\eta$=2 SENB नमूने के लिए

बी_o प्रारंभिक बंधन लंबाई चौड़ाई और प्रारंभिक दरार लंबाई के बीच के अंतर से दी गई है

ए_Pl भार-विस्थापन वक्र के अंतर्गत प्लास्टिक क्षेत्र है।

एक अनंतिम जे प्राप्त करने के लिए विशिष्ट डेटा कटौती तकनीक का उपयोग किया जाता है_Q. निम्नलिखित मानदंड पूरा होने पर मूल्य स्वीकार किया जाता है

$\min(B,b_{o})\geq {\frac {25J_{Q}}{\sigma _{\text{YS}}}}$

आंसू प्रतिरोध का निर्धारण (कान आंसू परीक्षण)

आंसू परीक्षण (उदाहरण कान आंसू परीक्षण) आंसू प्रतिरोध के मामले में क्रूरता का अर्ध-मात्रात्मक माप प्रदान करता है। इस प्रकार के परीक्षण के लिए एक छोटे नमूने की आवश्यकता होती है, और इसलिए, उत्पाद रूपों की विस्तृत श्रृंखला के लिए इसका उपयोग किया जा सकता है। आंसू परीक्षण का उपयोग बहुत नमनीय एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं (जैसे 1100, 3003) के लिए भी किया जा सकता है, जहां रैखिक लोचदार फ्रैक्चर यांत्रिकी लागू नहीं होती है।

मानक परीक्षण के तरीके

एएसटीएम इंटरनेशनल, बीएसआई समूह , आईएसओ, जेएसएमई जैसे कई संगठन फ्रैक्चर टफनेस मापन से संबंधित मानकों को प्रकाशित करते हैं।

• एएसटीएम सी1161 परिवेशी तापमान पर उन्नत सिरामिक्स की फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ के लिए टेस्ट मेथड
• ASTM C1421 परिवेश के तापमान पर उन्नत सिरेमिक की फ्रैक्चर कठोरता के निर्धारण के लिए मानक परीक्षण विधियाँ
• धात्विक सामग्री के प्लेन-स्ट्रेन फ्रैक्चर टफनेस के लिए ASTM E399 टेस्ट मेथड
• सतह-दरार तनाव नमूनों के साथ अस्थिभंग परीक्षण के लिए ASTM E740 अभ्यास
• अस्थिभंग कठोरता के मापन के लिए ASTM E1820 मानक परीक्षण विधि
• ASTM E1823 थकान और फ्रैक्चर परीक्षण से संबंधित शब्दावली
• ISO 12135 धात्विक सामग्री - क्वासिस्टैटिक फ्रैक्चर टफनेस के निर्धारण के लिए परीक्षण की एकीकृत विधि
• आईएसओ 28079:2009, पामक्विस्ट विधि, मजबूत कार्बाइड के लिए फ्रैक्चर की कठोरता को निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है

क्रैक विक्षेपण सख्त

पॉलीक्रिस्टलाइन संरचनाओं वाले कई सिरेमिक में बड़ी दरारें विकसित होती हैं जो अनाज के बीच की सीमाओं के साथ फैलती हैं, बजाय व्यक्तिगत क्रिस्टल के माध्यम से क्योंकि अनाज की सीमाओं की कठोरता क्रिस्टल की तुलना में बहुत कम होती है। अनाज की सीमा के पहलुओं और अवशिष्ट तनाव के कारण दरार एक जटिल, टेढ़े-मेढ़े तरीके से आगे बढ़ती है जिसका विश्लेषण करना मुश्किल है। इस टेढ़े-मेढ़ेपन के कारण बढ़ी हुई अनाज सीमा सतह क्षेत्र से जुड़ी अतिरिक्त सतह ऊर्जा की गणना करना सटीक नहीं है, क्योंकि दरार की सतह बनाने के लिए कुछ ऊर्जा अवशिष्ट तनाव से आती है।

मॉडल

कैथरीन फैबर और एंथोनी जी. इवांस द्वारा पेश किए गए सामग्री मॉडल के एक यांत्रिकी को दूसरे चरण के कणों के आसपास दरार विक्षेपण के कारण सिरेमिक में फ्रैक्चर की कठोरता में वृद्धि की भविष्यवाणी करने के लिए विकसित किया गया है जो एक मैट्रिक्स में माइक्रोक्रैकिंग के लिए प्रवण हैं। मॉडल दूसरे चरण के कण आकृति विज्ञान, पहलू अनुपात, रिक्ति और आयतन अंश को ध्यान में रखता है, साथ ही दरार की नोक पर स्थानीय तनाव की तीव्रता में कमी आती है जब दरार विक्षेपित होती है या दरार विमान झुक जाता है। वास्तविक दरार टेढ़ापन इमेजिंग तकनीकों के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, जिससे विक्षेपण और झुके हुए कोणों को सीधे मॉडल में इनपुट किया जा सकता है।

फ्रैक्चर की कठोरता में परिणामी वृद्धि की तुलना प्लेन मैट्रिक्स के माध्यम से एक फ्लैट क्रैक की तुलना में की जाती है। सख्त होने का परिमाण थर्मल संकुचन असंगति और कण/मैट्रिक्स इंटरफ़ेस के माइक्रोफ्रैक्चर प्रतिरोध के कारण होने वाले बेमेल तनाव से निर्धारित होता है। यह कड़ापन ध्यान देने योग्य हो जाता है जब कणों का एक संकीर्ण आकार वितरण होता है जो उचित आकार के होते हैं। शोधकर्ता आमतौर पर फैबर के विश्लेषण के निष्कर्षों को स्वीकार करते हैं, जो सुझाव देते हैं कि मोटे तौर पर समान अनाज वाले सामग्रियों में विक्षेपण प्रभाव अनाज सीमा मूल्य के लगभग दो बार फ्रैक्चर की कठोरता को बढ़ा सकता है।

यह भी देखें

• भंगुर-तन्य संक्रमण क्षेत्र
• चरपी प्रभाव परीक्षण
• नमनीय-भंगुर संक्रमण तापमान
• प्रभाव (यांत्रिकी)
• इज़ोड प्रभाव शक्ति परीक्षण
• पंचर प्रतिरोधी
• शॉक (यांत्रिकी)
• थ्री-पॉइंट फ्लेक्सुरल टेस्ट#फ्रैक्चर टफनेस टेस्टिंग|थ्री-पॉइंट फ्लेक्सुरल फ्रैक्चर टफनेस टेस्टिंग
• सिरामोग्राफी # माइक्रोइंडेंशन कठोरता और क्रूरता

अग्रिम पठन

• Anderson, T. L., Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications (CRC Press, Boston 1995).
• Davidge, R. W., Mechanical Behavior of Ceramics (Cambridge University Press 1979).
• Knott, K. F., Fundamentals of Fracture Mechanics (1973).
• Suresh, S., Fatigue of Materials (Cambridge University Press 1998, 2nd edition).