1.W tradycyjnym podejściu wytrzymałość materiałów jest odpornością na uszkodzenia. a) Kryterium uszkodzenia wskutek odkształcenia plastycznego:s=Re v s=R0,2 (1) Hipoteza Tresca, Guesta (maksymalnego naprężenia stycznego): Odkształcenie nie wystąpi jeśli maksymalne naprężenie tnące nie osiągnie granicy plastyczności lub umownej granicy plastyczności przy jednoosiowym rozciąganiu. ls1l= ls2l = ls1- s2l <=sy (2) Hipoteza Hubera-Misesa Hencky'ego (kryterium maksymalnej energii odkształcenia postaciowego): Uszkodzenie nie wystąpi, jeżeli energia odkształcenia postaciowego nie osiągnie wartości odkształcenia postaciowego potrzebnej do uplastycznienia (uszkodzenia) przy jednoosiowym rozciąganiu 1/2[(s1-s2)^2+(s2-s3)^2+(s3-s1)^2]<= sy^2, dla s3=0 , s1^2 + s1* s2 + s2^2 <= sy^2 – elipsa (3) b) Kryterium uszkodzenia wskutek pękania kruchego(4) Kryterium maksymalnego naprężenia normalnego Każde z naprężeń głównych nie może być większe od granicy wytrzymałości przy jednoosiowym rozciąganiu i mniejsze od granicy wytrzymałości przy ściskaniu. -lRmcl ={ s1, s2} <= Rm Hipoteza największego odkształcenia (εmax) Zgodnie z prawem Hooke’a: sred= s1- u( s2+ s3)<= Rm, : sred= s2- u( s3+ s1)<=- Rm 2.Różnice między w. koncentracji naprężeń i w. intensywności naprężeń.Współczynnik koncentracji naprężeń (Kσ) jest to stosunek naprężenia wytworzonego na dnie karbu σmax do naprężenia nominalnego σ: Kσ=$\frac{\sigma_{\max}}{\sigma}$ Współczynnik Kσ nie zależy od rodzaju materiału, jest funkcją konfiguracji geometrycznej defektu i obciążenia zew . Ma zastosowanie przy ocenie spiętrzania naprężeń wokół koncentratorów o skończonym promieniu krzywizny (np. otworów lub karbów). Współczynnik intensywności naprężeń (K) to granica, do której zmierza iloczyn naprężenia normalnego do powierzchni pęknięcia i pierwiastka kwadratowego z odległości mierzonej od frontu pomnożonej przez czynnik 2π: K= $\operatorname{}{(x,a)\sqrt{2\pi(x - a)}}$ a-długość pęknięcia, x-odległość od wierzchołka pęknięcia.Współczynnik K również nie zależy od rodzaju materiału, jest funkcją konfiguracji geometrycznej defektu i obciążenia zewnętrznego. Jest miarą naprężeń wokół wierzchołka szczeliny

4.Na czym polega pękanie kruche kontrolowane zarodkowaniem pęknięć.Pękanie typu II:Materiał wolny od wad, zarodkowanie pęknięć występuje najczęściej na powierzchni materiału lub w warstwie przypowierzchniowej. Mikropęknięcia powstają na ogół w osłabionych obszarach powierzchniowych, gdzie pod wpływem wzajemnego działania zewnętrznych i wewnętrznych naprężeń występuje lokalne odkształcenie plastyczne.Zarodkują one wzdłuż płaszczyzn, w których występują maksymalne naprężenia styczne, tzn. pod kątem 450 do kierunku maksymalnego naprężenia rozciągającego. Głównym miejscem zarodkowania pęknięć są trwałe pasma poślizgu – poniżej makroskopowej granicy plastyczności dochodzi do poślizgu w systemach łatwego poślizgu, po jej przekroczeniu pojawiają się zarodki pęknięć i materiał pęka natychmiastowo. 5.Na czym polega pękanie kruche kontrolowane rozwojem pęknięcia.Pękanie typu III: Materiał wolny od wad, tworzy się przewężenie .Pęknięcia rozwijają się do momentu dojścia do granicy odporności na pękanie, po czym materiał pęka. Rozprzestrzenianie pęknięcia kontroluje proces pękania i zachodzi w dwóch stadiach: Podkrytyczny wzrost pękania – pęknięcie rozprzestrzenia się względnie powoli podczas zwiększania obciążenia. Krytyczny wzrost pęknięcia – rozprzestrzenianie pęknięcia staje się niekontrolowane i nie wymaga zwiększania obciążenia, stadium kończy się procesem pękania. 6.Czym różni się pękanie kruche typu II i III od pękania kruchego typu I.Pękanie kruche typu I występuje zawsze w zakresie odkształceń sprężystych. Kontrolowane jest przez wstępnie istniejące pęknięcia, tzn. wady materiału powstałe przy jego produkcji czy obróbce. Do tego pękania może dojść bez przekroczenia granicy plastyczności: 0<s<Re. Natomiast, przy pękaniu kruchym typu II i III, musi dojść do odkształcenia plastycznego aby doszło do powstania zarodków pękania. Pękanie powstaje powyżej mikroskopowej granicy plastyczności, ale poniżej makroskopowej granicy plastyczności.Materiały wolne od wad. : Re<s<Rm;(5) Co-dł. Pocz. pękania

7.Opisać procedurę doświadczalnego wyznaczania odporności na pękanie przy płaskim stanie odkształcenia.Pomiar wartości K1C w warunkach laboratoryjnych przeprowadza się na podstawie normy PN-EN ISO. Norma ta przewiduje pomiar odporności na pękanie za pomocą próbek zginanych trójpunktowo. Wymiary próbek należy dobierać dowolnie, ale z zachowaniem odpowiednich zależności wymiarowych (6)Najbardziej istotna jest tzw. czynna wartość próbki W, która powinna być równa podwójnej grubości próbki B. Przy doborze grubości próbki korzysta się z tabeli określającej przybliżoną wartość B w zależności od Re/E*103. Norma podaje tolerancje poszczególnych wymiarów i chropowatości oraz zależności między powierzchniami. Przeprowadza się rozrywanie próbki na maszynie wytrzymałościowej za pomocą uchwytów ze sworzniami umieszczonymi w otworach próbki. Dokonuje się przy tym rejestracji siły obciążającej P w funkcji rozwarcia szczeliny V, za pomocą tensometrycznego czujnika przemieszczeń wpiętego w krawędzie szczeliny. Uzyskany wykres P(V) może odpowiadać jednemu z trzech wykresów (7) 8.Podać wzór na krytyczne naprężenie pękania przy płaskim stanie odkształcenia. σkryt =$\ \frac{K_{1C}}{Y\sqrt{\text{aπ}}}$ gdzie:K1C – krytyczna wartość współczynnika intensywności naprężeń dla płaskiego stanu odkształcenia, a – krytyczna długość pęknięcia, Y – współczynnik poprawkowy uwzględniający kształt i wymiary próbki 9.Podać wzór na krytyczną długość pęknięcia. a =$\ \frac{{K_{1C}}^{2}}{{\sigma_{\text{kryt}}}^{2\pi}}$ gdzie:K1C – krytyczna wartość współczynnika intensywności naprężeń, a – krytyczna długość pęknięcia, σkryt – krytyczne naprężenie pękania.

12.Wyjaśnić jak ustala się czas inspekcji w przypadku rozwoju pęknięć krótszych od pęknięć możliwych do wykrycia metodami badań nieniszczących. (8) I (9 dla dłuższych)Nadzorowanie rozwoju takich pęknięć jest z definicji niemożliwe. Elementy, które są zagrożone rozwojem takich pęknięć powinny być projektowane na określony czas eksploatacji. Niezależnie od wyników pomiarów, po upłynięciu tego czasu, wymienia się element. Jeśli jednak stwierdzi się uszkodzenie, to element należy wymienić nawet przed upłynięciem czasu eksploatacji. 13.Zbiornik pod ciśnieniem. Podać i przedstawić graficznie warunki uplastycznienia przed pękaniem.(10)Pęknięcie powinno być krótsze niż długość odpowiedzialna za naprężenia, gdzie materiał osiąga granicę plastyczności. Ścianki powinny odkształcać się plastycznie przed pęknięciem.14.Zbiornik pod ciśnieniem. Podać i przedstawić graficznie warunki wycieku przed pękaniem. Ścianka zbiornika w takim przypadku powinna być mniejsza od długości pęknięcia krytycznego. Zbiornik najpierw powinien zacząć przeciekać, zanim ulegnie całkowitemu uszkodzeniu(11). 15.Napisać wzór na prędkość odkształceń przy pełzaniu po granicach ziaren. Wyjaśnić, jak można zmniejszyć prędkość odkształceń i odroczyć pękanie pełzaniowe.$\ \gamma = \frac{42\tau\mathrm{\Omega}}{\text{kT}a^{2}} \times \text{Deff}$ k-stała Boltzmana, T-temp[K], Deff- rzeczywisty wspól dyfuzji po granicach ziaren, a-wielkość ziaren, τ-rzeczywista grubość granicy, Ω- objętość atomu, γ- prędkość odkształceń 16.Wyjaśnić mechanizm pękania poślizgowego(12). Pękanie poślizgowe – inaczej defekt objętościowy powstały w wyniku ścinania niekrystalograficznego i obrotu. Polega na rozwieraniu materiału wzdłuż mezoskopowych pasm ścinania na skutek poślizgu substruktur dyslokacyjnych, które doznały dezorientacji do 20°

17.Określić zasady sterowania pękaniem poślizgowym w celu wyeliminowania pękania, zmiany trajektorii pękania, zmiany typu wióra.Aby skutecznie sterować pękaniem poślizgowym, należy uwzględniać:energię błędu ułożenia (decyduje o strukturze),zdolność materiału do umocnienia, kąt dezorientacji podstruktury tworzącej się w obrębie pasm ścinania (decyduje czy materiał będzie pękać, czy nie),kierunek rozwoju pasm ścinania, stan pierwotny granic ziaren, położenie strefy lokalizacji odkształceń. Zmiana kierunku pasm ścinania poprzez:jednoosiowe ścinanie – nie eliminuje pękania poślizgowego podczas ścinania, trójosiowy stan naprężenia – może wyeliminować pękanie poślizgowe naprężenie rozciągające – przyspiesza pękanie i powstają powierzchniowe pęknięcia, Przebudowy podstruktury w obrębie pasm ścinania dokonuje się w procesie rekrystalizacji dynamicznej (powstaje bardzo gładka powierzchnia). Zmiany współczynnika umocnienia materiału:pierwiastki stopowe, nagniatanie powierzchni, obniżanie temperatury materiału Zmiany energii błędu ułożenia:małe – wiór elementowy, pośrednie – wiór segmentowy, duże – wiór ciągły. Podsumowując: eliminowanie pękania można uzyskać za pomocą przebudowy struktury, prostowanie trajektorii poprzez cięcie ze ścinaniem, a typy wióra zależą od skłonności pękania wzdłuż pasm ścinania, która zmienia się poprzez zmianę energii błędu ułożenia. 19. Kiedy stosujemy wytrzymałość klasyczną, a kiedy mechanikę pękania kruchego lub mezomechanikę pękania poślizgowego? Mechanikę pękania stosujemy do materialow ktore pekaja ponizej granicy plastycznosci, a pekaja tak materialy wysokowytrzymale zawierajace pekniecia lub w ktorych pekniecia beda powstawać spęk<R 0,2, projektowanie ze względu na zagrożenie pęknięciem spęk =$\ \frac{K\sigma}{{\text{απ}c}^{\frac{1}{2}}}$ c-dł. Pękania, α-współcz pękania.