علم مکانیک شکست شاخه ای از مکانیک می باشد که به مطالعه رفتار مکانیکی مواد ترک خورده در معرض بارگذاری می پردازد]1[. در حقیقیت اروین[4] شاخه ای از مکانیک شکست را در راستای کارهای قبلی اینگلیس[5]، گریفیث[6] و وسترگارد گسترش داد. به صورت خاص، علم مکانیک شکست با روند غیرقابل برگشت گسیختگی ناشی از شکل گیری و رشد ترک ها سر و کار دارد]2[. شکل گیری ترک ممکن است یه فرایند پیچیده باشد که قویا به حضور ریزترک ها یک بلور خاص یا جامد غیر بلوری، بار وارده و محیط شکل گیری آن بستگی دارد. به علت وضعیت جدایی، ته نشین شدن، دخول، اندازه ذرات و نوع فازی که ریزترک ها از آن شکل می گیرند، ریز ترک ها نقش بسیار مهمی در فرایند شکست دارند. خصوصیات بیان شده ریزترک ها عیب محسوب شده و می توانند به صورت عامل شکست تحت شرایط غیرمطلوب عمل نمایند]3[. برای مثال، شکست ترد یک فرایند با سطح انرژی پایین(رهایی انرژی کم) می باشد و از آنجا که سرعت ایجاد ترک به صورت عادی بالا می باشد ممکن است منجر به ریزش های ناگوار بدون دادن هشدار شود. به همین خاطر ممکن است شامل تغییر شکل پلاستیک جزیی قبل از جدایی کامل توده جامد شود. از طرفی دیگر شکست نرم یک فرایند با انرژی بالا می باشد که رها شدن مقادیر زیادی انرژی در ارتباط با یک تغییر شکل پلاستیک بزرگ قبل از ناپایداری ترک  اتفاق می افتد. به همین ترتیب، رشد آرام ترک به خاطر سخت شدن کرنش در ناحیه نوک ترک اتفاق می افتد]4[. شکست علاوه بر توده های سنگی در محیط های جامد از جمله بدنه کشتی ها، فولاد و غیره می تواند اتفاق بیفتد که تمرکز شاخه جدید علم مکانیک شکست بیشتر بر روی بررسی شکست در محیط های سنگی می باشد]5[. تعریف متغیرهایی نظیر نیرو، بار وارده، تنش ، کرنش و جابجایی برای درک خصوصیات مواد جامد و همچنین توصیف ویژگی های مکانیکی ترک ها و توده های جامد دارای ترک حیاطی می باشد از این رو پیش از ورود به بحث تحلیل ترک و ریز ترک ها در مکانیک شکست می بایست تعاریفی اولیه ای از تنش، کرنش، تغییر شکل و فاکتور ایمنی ارائه شود. 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

تغییر شکل: حرکت نقاط در یک توده جامد نسبت به یکدیگر

جابجایی: حرکت یک نقطه کمیت برداری در توده بارگذاری شده

کرنش: یک کمیت هندسی می باشد که به حرکت نسبی دو یا سه نقطه در یک جامد وابسته است

تنش: تنش در یک نقطه جسم نشانگر مقاومت درونی آن در برابر یک نیرو خارجی می باشد.

فاکتور ایمنی: یک پارامتر مهم در طراحی اجزای ساختاری می باشد که برای اطمینان از صحت ساختار به کار می رود]6[.

ترک های آزاد رفتارهای مکانیکی متفاوتی نسبت به جامد های دارای ترک دارند که این خصوصیات در قالب مکانیک شکست بررسی می شوند. مکانیک شکست به دو محدوده تقسیم می شود: مکانیک شکست الاستیک خطی (LEFM) که اساس نظریه الاستیک خطی را در نظر می گیرد و مکانیک شکست پلاستیک (PFM) برای تحلیل رفتار پلاستیک جامدهای نرم به کار می رود]6[.

ترک ها و ناپیوستگی ها مشخصه های ساختاری معمول توده سنگ ها می باشند.  یک ترک ممکن است به صورت یک جدایش در ماده البته با فاصله ای کوچک تر از گسترش گسیختگی(طول ترک)، به وسیله بازشدگی یا لغزش تعریف شود. طول گسیختگی اغلب قابل قیاس با ابعاد طول ریز ساختارها می باشد. در مواردی فاصله جدایش در اندازه های فاصله اتمی می باشد و طول ترک زمانی که هنوز در مقایسه با این فاصله بزرگ است ممکن است نسبت به ابعاد بعضی ریزساختارها مانند اندازه دانه ها، کوچک به نظر برسد]7[.

[1] Linear

[2] Quadratic

[3] Cubic

1 Irwin