Mantenimiento

INTRODUCCION.

Entre ingenieros mecánicos hay una regla básica: evitar materiales con durezas de fractura KIC menos de 15 MPAm1/2. Casi todo el pase de metales: ellos tienen los valores de KIC en la gama de 20-100 en estas unidades. Hierro de molde blanco, y un suspenso de productos de metalurgia en polvo; ellos tienen valores alrededor de 10 MPAm1/2. La cerámica ordinaria de la ingeniería tiene durezas de fractura en la gama 1 - 6 MPAm1/2; ingenieros mecánicos los ven con la sospecha profunda Pero polímeros de la ingeniería son aún menos resistentes, con valores de KIC en la gama 0.5 - 3 MPAm1/2, y aún trama los usan todo el tiempo. ¿Que es lo que pasa aquí?

Cuando un material frágil es deformado, esto desvía elásticamente hasta que esto se fracture. La tensión en la cual esto pasa es

σ_(f=(CK_c)/√(πa_c )) Ecuación 1

Donde Kc es una dureza de fractura apropiada, ac es la longitud de la grieta más grande contenida en el material y C es una constante que depende de la geometría, pero es por lo general aproximadamente 1. En un diseño Limitado por carga (la Figura 1 (a)) - un miembro de tensión de un puente, diga la parte fallará de un modo frágil si la tensión excede esto dado por la ecuación 1 Aquí obviamente, queremos materiales con los altos valores de Kc.

Pero no todos los diseños son limitados por carga; unos son limitados por energía; los otros son la desviación limitada (la Figura 1 (b) y (c)). Entonces el criterio para cambios de selección. Considere entonces, los tres argumentos creados por las tres alternativas de la tabla 1.

Función Resistir la FRACTURA frágil

Objetivos Minimizar el volumen (masa, costo…)

Contraste Diseño de carga especificados

o Diseño de la energía especificado

o Diseño de deflexión especificada

Tabla 1 requerimiento de diseños

Figura 1 (a) carga limitada de diseño, (b) la energía limitada de diseño y (c) diseño de desplazamiento limitado.

El Modelo

La Figura 1 muestra, esquemáticamente, tres clases de diseño limitado por fractura. El lazo, el rayo y el navío de presión de la Figura 1 (a) son los ejemplos de diseño limitado por carga: cada uno debe llevar una carga especificada o la presión sin la fractura. Entonces la tensión local no debe exceder del cual especificado por la ecuación 1 y para el volumen mínimo la mejor opción de materiales es aquellos con los altos valores

M_1=K_C Ecuación 2

Es habitual de identificar Kc con la dureza de fractura de tensión plana, que corresponde a las condiciones limitadas de grietas, porque esto es conservador. Para el diseño limitado por carga que usa la hoja delgada, una dureza de fractura de tensión plana puede ser más apropiada; y para materiales de múltiples capas, esto puede ser una dureza de fractura de interfaz que importa. El punto, aunque es bastante claro: los mejores materiales para el diseño limitado por carga son aquellos con los valores grandes de Kc.

Pero no todo el diseño es limitado por carga. Los sistemas de contención para turbinas y volantes (la Figura 1 (b)) son limitados por energía. Tome la fuente como un ejemplo. La energía elástica por unidad de volumen almacenado en la fuente es la integral sobre el volumen

u_e=1/2 σε=1/2 σ^2/E Ecuación 3

Para un resorte axial y una banda de goma, el estrés es limitado por la tensión de fractura de la ecuación 1 para que el máximo de energía de la fuente que se pueda almacenar la ecuación 4

u_e^max=C^2/(2πa_c ) ((k_1c^2)/E) Ecuación 4

Para un tamaño de defecto inicial dado, la energía es maximizada escogiendo materiales con los valores grandes de

M_2=(K_1c^2)/E≈J_C Ecuación 5

Donde Jc es

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