Phân tích sự hư hoại trong thực tế thường tuân thủ các bước chung sau: - Đoán nhận (indentification) vùng nguy hiểm trong khi phân tích cấu trúc.
- Xác định hệ số tập trung ứng suất như hàm hình dạng vết nứt và tải tác dụng lên vùng đã chỉ ra.
- Tính tuổi thọ lan truyền theo chu kỳ này đến chu kỳ khác sử dụng tải với biên độ không đổi.
- Nếu mô hình tương tác được sử dụng thì phải kiểm tra đúng cho mẫu thử - Xác định độ bền dư chịu tải tới hạn
- Thử trên mẫu khả năng dự đoán của mô hình khi cấu trúc là phức tạp - Xác định khoảng cách các thời gian kiểm tra xem xét
- Việc cuối cùng là quay trở lại thí nghiệm kiểm tra vết nứt và phổ tải trọng thực. Tính toán phải thực hiện ngay tại thời điểm khảo sát. Thông thường, việc phân tích độ bền dư được thực hiện trong khuôn khổ cơ học phá huỷ tuyển tính và sử dụng hệ số tập trung ứng suất K.
Sơ đồ phân tích sự hư hoại
Sơ đồ phân tích sự hư hoại bằng tính toán thể hiện qua sơ đồ gồm các bước chung nhất như hình 2.1 (các hình theo cột từ trái sang phải):
• Cho trước phổ tải trọng, luật lan truyền nứt, các thông số về độ bền của vật liệu • Tính toán hệ số tập trung ứng suất
• Sử dụng các dữ liệu cho trước về độ bền của mẫu K IC, độ bền dư.
• Đánh giá tính toán tuổi thọ mỏi, xác định số chu kỳ lặp dẫn tới phá huỷ và thời điểm tương ứng.
Calcul đe facteur d’intensite
Temps, nbre de vols
Hình 2.1 - Sơ đồ phân tích phá huỷ mỏi Các thông số trong sơ đồ phân tích trên được hiểu cụ thể như sau
Độ bền dư được nhận bằng công thức :
ơ f = K IC / p { à ) ^ f m
Kic là hệ số cường độ ứng suất đối với tải tĩnh và biến dạng phang với ứng suất max.
Nó có thể được thay bằng Kc = K(ơc) là giá trị cường độ ứng suất tới hạn
Trong tính toán mỏi, luật lan truyền được thế hiện là hàm của biên độ cường độ ứng suất (FIC- Factor Intensity Contrains) và một số thông số khác như tỷ số bất đối xứng của tải trọng R (raport de charge).
d N
Như vậy các dữ liệu cần có là :
về vật liệu: cho trước Kic, luật lan truyền vết nứt, tải trọng đàn hồi tới hạn Fy
Hệ số hình học p đối với mẫu đang xét.
Lịch sử chất tải.
Dữ liệu cho trước về vật liệu và môi trường
Độ bền có vai trò trong xác định độ bền dư tuỳ theo luật lan truyền thí dụ như luật Forman. Giới hạn đàn hồi có thể tham gia do hiệu ứng tương tác được đưa vào. Hiệu ứng trễ được bỏ qua.
Người ta sử dụng luật lan truyền để điều chỉnh với các dữ liệu nhận được từ thí nghiệm. Luật đơn giản nhất là luật Paris nhưng nó không liên quan đến vùng phát triển nứt. Luật khác có thể dùng cho vùng phát triển nứt như luật Walker chứa các thông số như tỷ số bất đối xứng của tải trọng.
về môi trường những yếu tổ sau cũng phải tính đến như điều kiện khí hậu, nhiệt độ,
độ ẩm vv. sẽ thể hiện qua luật lan truyền với một hệ số Cmoy trung bình của môi trường.
Hệ số hình học .
Hệ số điều chỉnh hình học đưa vào các ảnh hưởng của tất cả các điều kiện gây ảnh hưởng đến ứng suất đầu vết nứt. Nó có dạng :
w, L, s các đặc trưng hình học lớn độ rộng, dài và ứng suất tác dụng ở biên vô
cùng xa của mô hình .
Hệ số hình học đối với mô hình chuẩn là có dạng giải tích. Trong khi các mấu thực tương ứng ít khi giống chuẩn. Vì vậy người ta có thể dùng đến những tính toán phần tử hữu hạn . Những nghiệm này có thể được nhận nhanh chóng và tốn kém đối với các chi tiết phức tạp. Qui trình đon giản hơn cho phép nhận được hệ số hình học với độ chính xác cao là :
Sử dụng nghiệm tổ họp bằng nguyên lý cộng tác dụng
Sử dụng hàm trọng liên kết với tính toán phần tử hữu hạn cho cấu trúc không nứt. Như vậy, ứng suất là tổng của các ứng suất kéo, uốn tại đỉnh vết n ứ t :
Để nghiệm duy nhất giả th iế t: K,ong = Kuon + Kkeũ
Giá trị p tương ứng được nhận dưới dạng tổ họp, được nhận từ các ứng suất hợp
với các tài liệu chú dẫn thí dụ ở đây là ơ,ong được nhận như sau :
Hệ số /3,ong được dự đoán như một giá trị trung bình cân bằng với hệ số điều chỉnh
ứng suất uốn và kéo tương ứng .
/ \
ơ keo
Mặt khác trong trường hợp có hư hoại ở góc phẳng sẽ có hai hướng chính lan truyền nứt. Độ dài vết nứt theo hướng độ dày ký hiệu là a. Còn độ dài theo phương lớn hom cuả mẫu ký hiệu là c. Người ta thường dùng công thức của Newman và Raju đối với nghiệm sô cho các hư hoại khác nhau về hình học. Giá trị của hệ số hình học
khi đó được xác định như hàm của góc ộ
a > c a < c k nco o £ a / i \ Direction c Direction c
Hình 2.2 - Các thông số mô phỏng vết nứt tại góc
Góc ệ được sử dụng trong nghiệm để xác định giá trị ứng suất tập trung được cho
trước đối với các mô hình kinh điển.
Hệ sổ beta được xác định như sau:
p = Kị— ; ở đây X là độ dài gần đúng của vết nứt (3 .1 )
ơ y/nx
K = Ỡ 0 ( a )
K = ơ f i x /3{c)
Thí dụ đối với vết nứt xuyên tâm và nghiệm dạng application defined , hệ số beta cho trường họp tải trọng kéo có dạng [ 2 ] :