3784498422

Zbyt duży współczynnik bezpieczeństwa konstrukcji, rozważając obecny postęp techniczny, określa Gordon [2] jako „współczynnik ignorancji". Współczynnik ten wynika z niezgodności wytrzymałości teoretycznej i tej obserwowanej w doświadczeniu, na skutek nieuwzględnienia struktury rzeczywistej materiału a w szczególności defektów mikrostruktury. Nie potrzeba dużej wiedzy akademickiej, aby zauważyć, że struktura dowolnego materiału może ulegać zmianom tak w zakresie ilościowym jak i jakościowym w zależności od stosowanej technologii, warunków pracy a także od rozpatrywanej skali struktury.

Innym poważnym zagadnieniem jest, że jeszcze obecnie projektowane nowe materiały określane są na podstawie założonych warunków eksploatacyjnych urządzenia lub konstrukcji np. sztywność, wytrzymałość, temperatura, itp. bez poddania ich dalszym ograniczeniom takim jak np. wytrzymałość na pękanie lub wymaganie długotrwałej wytrzymałości na zmęczenie, pełzanie czy zmęczenie-pełzanie, nie mówiąc już o wpływie środowiska na te własności i zanieczyszczeniu środowiska czy recyklacji zużytych elementów.

Te ostatnie ograniczenia są rozważne jako „afterthought” podczas projektowania nowego materiału i decyzji o jego użytecznych zastosowaniach i warunkach eksploatacyjnych.

Nie jest to z pewnością optymalne podejście do projektowania materiałów o założonych własnościach.

Taki sposób projektowaniu materiału może wykluczyć go z dalszego opracowania, o ile ograniczenia, co do warunków pracy są zbyt złożone. Np. w przypadku materiałów międzymetalicznych lub kompozytów ceramicznych istnieje znaczne prawdopodobieństwo w tym względzie. Obecne teorie stosowane jako baza projektowania inżynieryjnego jeszcze nie uwzględniają mikrostruktury materiału, mimo że mogłaby być ona „pomostem” łączącym w szerokim zakresie procesy odkształcenia i zniszczenia materiału.

Oprócz określonych w specyfikacji własności, materiał powinien oznaczać się trwałością tychże własności. Atrybuty materiału odniesione do jego trwałości powinny być przypisane do jego struktury. Zważając, że nie są one własnościami „stacjonarnymi” i zależą od przebiegu zmian mikrostruktury związanej z generacją i propagacją dyslokacji i innych makro i mikro defektów (np. formacji uszkodzeń, tworzenia się gradientów składu chemicznego i fazowego na skutek dyfuzji), materiały te są dalekie od równowagi termodynamicznej, a ich własności zależą od skali, w jakiej są one rozważane (makro, mikro do nanostruktury). Należy również pamiętać, że większość materiałów posiada mikrostruktury metastabilne, ulegające ciągłej ewolucji w warunkach pracy, np. podczas eksploatacji w wysokich temperaturach, przy odkształceniach niesprężystych. Projektowanie materiału, według Olsona [3], wymaga większego zrozumienia ilościowych zależności mikrostruktura - własność, które mogą być otrzymane poprzez symulacje reprezentatywnych i realistycznych mikrostruktur stanowiąc podstawę rozwoju technologii materiałów.

2.1.2. Uściślenie pojąć przy dyskusji własności mechanicznych materiałów

Naprężenie i wytrzymałość nie są terminami równoważnymi. Naprężenie jest funkcją przyłożonego obciążenia, zaś wytrzymałość jest stałą materiałową. Wytrzymałość mechaniczna ciał stałych jest efektem działania sił spójności między atomami, które zależą głównie od charakteru wiązania, ale także od innych czynników jak typ sieci, kierunek działania sił względem osi krystalograficznych, obecność defektów sieci, temperatura, warunki odkształcenia i inne.

Z punktu widzenia inżynieryjnego rozpatrywana jest wytrzymałość konstrukcji, definiowana jako obciążenie (zwykle wyrażane w niutonach lub kilogramach siły), pod działaniem którego konstrukcja ulega zniszczeniu.

78