بررسی مکانیسم آغاز ترک و مقادیر حدی شکست خستگی در سازه‌های دریایی

با پیشرفت صنعت و افزایش تعداد وسایلی از قبیل خودرو، هواپیما، کشتی، کمپرسور، پمپ، توربین و غیره که تحت بارگذاری تکراری و ارتعاشی هستند، خستگی بیشتر متداول شده و اکنون چنین برداشت می‌شود که عامل حداقل 90 درصد شکست‌های ناشی از دلایل مکانیکی حین کار خستگی باشد. عموماً شکست سازه‌ای در تنش‌های خیلی‌کمتر از مقاومت نهایی مواد اتفاق می‌افتد که نمونه‌هایی از آن شامل پل‌ها‌، مخازن، لوله‌ها‌، کشتی‌ها‌، راه‌آهن و سازه‌های هوا فضا می‌باشند. شکست ترد بدون وقوع تغییر شکل محسوس و توسط انتشار ترک سریع بروز می‌کند. جهت حرکت تقریباً عمود بر جهت تنش کششی اعمالی است و یک سطح شکست نسبتاً تخت را نتیجه می‌دهد. سطوح شکست موادی که در حالت ترد شکسته‌اند دارای الگوهای متمایز مربوط به خود می‌باشند. خستگی بطور معمول همراه با جوانه‌زنی ترک در سطح قطعه یا نواحی تمرکز تنش و انتشار آن در ناحیه تحت تنش بیشینه است. کاربرد روش مکانیک شکست برای مواد شکننده یا اعمال ضریب اطمینانی مناسب و در نظر گرفتن کمترین تغییر شکل مجاز میسر می‌باشد. در روش طراحی با استفاده از مکانیک شکست، سه عامل تنش اعمال شده‌، ابعاد ترک (‌هر‌چند کوچک) و چقرمگی از معیارهای طراحی بشمار می‌آیند. در این مقاله، ترک‌های ناشی از خستگی و مکانیزم تشکیل ترک‌های خستگی در سازهای دریایی مورد بررسی قرار گرفته است.

Investigation of crack initiation mechanism and fatigue failure values ​​in marine structures

With the advancement of industry and the increase in the number of devices such as cars, airplanes, ships, compressors, pumps, turbines, etc., which are under repeated loading and vibration, fatigue has become more common and it is now understood that at least 90% of fractures due to mechanical reasons are due to fatigue during work. Structural failure generally occurs at stresses much lower than the ultimate strength of the material, examples of which include stairs, tanks, pipes, ships, railways, and aerospace structures. Brittle failure occurs without noticeable deformation and is caused by rapid crack propagation. The direction of movement is almost perpendicular to the direction of the tensile stress and results in a relatively flat failure level. Fracture surfaces of materials that are failure in the brittle state have their own distinct patterns. Fatigue is usually accompanied by crack at the surface of the part or areas of stress concentration and its propagation in the area under maximum stress. It is possible to use the failure mechanics method for brittle materials or to apply the appropriate reliability factor and consider the minimum allowable deformation. In the design method using fracture mechanics, three factors of applied stress, crack dimensions (however small) and toughness are the design criteria. In this paper, fatigue cracks and the mechanism of fatigue crack formation in marine instruments are investigated.