2006 ‘Materials Science and Engineering – An Introduction, 8th Edition’, John Wiley and Sons, New York.
Trang 1MES Engineering Reviews
Nh p môn c h c phá hu
Tr n Anh Tu n (d ch)
MS Candidate, Division of Materials Science & Engineering, Graduate School, Korea University, Seoul, Korea Email: novabk2000@korea.ac.kr
Tóm t t: Xu t phát t hi n t ng các v t li u d o c ng có th b phá h y đ t ng n (c ch dòn) và th c t đ b n kéo đ t khi th nghi m c a v t li u luôn th p h n giá tr d đoán theo lý thuy t liên k t nguyên t hàng ch c l n, c h c phá h y đã hình thành Ngày nay,
v i các k s thi t k k t c u, nó là công c không th thi u và ngày càng th hi n vai trò quan tr ng c a mình
T khóa: c h c phá h y, lý thuy t Griffith, phá h y dòn, v t n t, lan truy n ng su t
1 GI I THI U
Hi n t ng phá h y giòn c a các v t li u d o, d n đ n yêu
c u ph i tìm hi u c ch phá h y sâu h n n a Các n l c
nghiên c u trong vài th p k v a qua đã giúp hình thành
m t l nh v c m i: C h c phá h y C h c phá h y cho
phép đ nh l ng các m i quan h gi a tính ch t v t li u,
ng su t, s hi n di n cu các v t r n n t có th gây phá
h y và c ch lan truy n v t n t Các k s thi t k gi đây
đã có công c t t h n nhi u đ d đoán và phòng ng a sai
h ng c a các k t c u Bài này ch t p trung vào m t s
nguyên lý c b n c a c h c phá h y
Hình 1: Phá h y dòn c a m t con tàu b ng thép
2 S T P TRUNG NG SU T
b n phá h y c a v t li u r n là hàm s c a các l c k t
dính các nguyên t Trên c s này, đ b n dính k t c a v t
li u r n đàn h i có th c tính b ng kho ng E/10 v i E là
mô đun đàn h i Tuy nhiên, h u h t các k t qu th nghi m
cho th y, giá tr th c c a đ b n k t dính ch b ng kho ng
1/100 đ n 1/10 giá tr lý thuy t k trên Vào nh ng n m
1920, Griffith đ xu t r ng, s không t ng h p gi a đ b n
dính k t tính theo lý thuy t và đ b n phá h y đo b ng th c
nghi m có th đ c gi i thích th a đáng b ng vi c xét đ n
s có m t c a các v t n t t vi, nh ng v t n t luôn t n t i
trên b m t c ng nh trong tòan th tích kh i v t li u đi u
ki n bình th ng Các v t n t t vi này làm gi m đ b n phá
h y c a V t li u vì ng su t sinh ra do t i tr ng ngoài b khu ch đ i và t p trung t i đ nh v t n t M c đ khu ch đ i
ph thu c vào đ nh h ng c ng nh hình d ng hình h c c a
v t n t Hi n t ng này đ c mô t trên hình 2, minh h a
m t profin stress trên m t m t c t có ch a các v t n t Nh profin này ch ra, đ l n c a ng su t c c b gi m m nh theo kho ng cách tính t đ nh v t n t T i các v trí đ xa
đ nh v t n t, ng su t gi m xu ng b ng ng su t trung bình trên toàn kh i v t li u và có giá tr b ng t i tr ng đ t vuông góc v i m t c t chia cho di n tích m t c t (i.e ng su t pháp) Do có kh n ng khu ch đ i ng su t t i đ nh c a mình, các v t n t t vi nhi u khi còn đ c g i là các ngu n nuôi ng su t
Hình 2: (a) Hình d ng v t n t t vi trên b m t và trong lòng kh i
v t li u; (b) Profin ng su t d c theo đ ng X-X’ trong (a), th
hi n s khu ch đ i ng su t t i đ nh v t n t
Trang 2MES Engineering Reviews TR N ANH TU N (D CH)
N u gi thi t r ng v t n t có hình d ng m t l tr ellip
xuyên qua m t kh i v t li u d ng t m và v t n t có h ng
vuông góc t i tr ng ngoài thì ng su t c c đ i m t i đ nh
v t n t có th tính theo công th c:
trong đó 0 là đ l n c a ng su t pháp, t là bán kính cong
đ nh v t n t (xem hình 2), và a là chi u dài c a v t n t trên
b m t hay m t n a chi u dài v t n t trong kh i v t li u
V i các v t n t t ng đ i dài và có đ nh nh n (bán kính
cong nh ), s h ng (a/ t)1/2 có th r t l n; khi đó, ph ng
trình (1) đ c vi t thành:
m l n h n 0 r t nhi u l n!
ôi khi, t s m/ 0đ c g i là h s t p trung ng su t Kt:
H s này cho bi t m c đ ng su t do t i tr ng ngoài gây
ra đ c khu ch đ i t i đ nh v t n t
L u ý r ng s khu ch đ i ng su t không ch x y ra các
khuy t t t vi mô nh các v t n t mà còn có th x y ra v i
các khuy t t t v mô nh các l r , b t khí,…t i các góc,
c nh s c (i.e bán kính cong nh ) và s khu ch đ i này c ng
có th x y ra trên các v t khía, v t c t c a các k t c u l n
Hình 3 minh h a đ ng cong h s t p trung ng su t lý
thuy t c a m t vài khuy t t t v mô đ n gi n và hay g p
(a)
(1)
(b)
(2)
(3)
(c) Hình 3: ng cong h s t p trung ng su t lý thuy t c a m t vài
d ng hình h c đ n gi n
3 PHÁ H Y V T LI U DÒN
nh h ng c a v t n t lên phá h y c a v t li u giòn m nh
h n v t li u d o V i v t li u d o, bi n d ng d o sinh ra khi
ng su t c c đ i v t quá gi i h n ch y c tính này khi n cho s phân b ng su t trên các vùng lân c n v t n t tr nên đ u h n và h s t p trung ng su t c c đ i s có giá tr
nh h n lý thuy t S ch y d o và phân b l i ng su t đó không x y ra v i v t li u dòn và vì v y, giá tr h s t p trung ng su t c a các v t li u dòn luôn r t sát giá tr lý thuy t
Trang 3NH PMÔNC H CPHÁH Y
Griffith ti p t c đ xu t r ng các v t li u dòn có ch a các
v t n t t vi v i hình d ng, kích th c và đ nh h ng khác
nhau Phá h y x y ra khi ng su t kéo v t quá đ b n dính
k t t i đ nh c a m t trong s nh ng v t n t trên i u này
d n đ n s hình thành và lan truy n v t n t v i t c đ cao
N u không có v t n t, đ b n phá h y có th b ng đ b n
dính k t nguyên t (đ b n lý thuy t!) Th c nghi m ti n
hành trên các m u kim r t nh và râu ceramic không có
khuy t t t đã xác nh n đi u này.
TÀI LI U G C
Callister Jr W D (2006) ‘Materials Science and Engineering – An
Introduction, 8th Edition’, John Wiley and Sons, New York
L u ý: Bài vi t đ c biên t p và thi t k b i MES Engineering Reviews, b n quy n thu c MES Lab và tác
gi Ghi rõ ngu n http://meslab.org khi b n phát hành l i file này
MES Lab s h u trang tin http://meslab.org và Di n đàn http://meslab.org/forum c a C ng đ ng K s V t
li u và C khí Vi t Nam
Hãy gia nh p Di n đàn c a chúng tôi ngay hôm nay đ cùng chia s các v n đ chuyên môn B n luôn đ c hoan nghênh !