انكسار (خواص المواد)

أشكال الإخفاق الميكانيكي
	تحنيب
	تآكل
	زحف
	كلال
	انكسار
	صدم
	انصهار
	فرط الحمل
	انهيار
	صدمة حرارية
	اهتراء
	خضوع
	• •

الانكسار بالإنگليزية: Fracture: هوانفصال موضعي لجسم أومادة إلى بترتين أوأكثر تحت تأثير الإجهاد. وتستخدم حدثة كسر في عدة ميادين مثل كسر عظام المخلوقات الحية أوالبلورات أوالمواد البلورية مثل الأحجار الكريمة أوالفلزات. وقد تنكسر البلورات في المواد البلورية أحيانا دون حتى ينفصل الجسم إلى بترتين أوأكثر. وبحسب نوع المادة المكسورة فإن الانكسار ينقص من مقاومة المادة أويثبط من انتنطق الضوء عبرها (البلورات البصرية).

إن الفهم المفصل لكيفية حدوث الانكسار في الموادقد يكون بدراسة ميكانيكا الانكسار.

أنماط الانكسار

الانكسار القصف

انكسار قصف في الزجاج.

انكسار في ذراع العمود المرفقي المصنوع من الألمنيوم. اللون الفاتح: انكسار قصف، واللون الداكن:انكسار بالتعب.

في الانكسار القصف لا يحدث أي تشوه لدن مميز قبل الكسر. ويمكن للانكسار في المواد البلورية القصفة حتى يحدث بالانفلاق (Cleavage) كنتيجة لإجهاد الشد الموثر عموديا على المستويات البلورية ذات الارتباط الضعيف (مستويات الانفلاق). وعلى العكس في المواد الصلبة غير البلورية فإن نقص البنية البلورية يؤدي إلى صدع محاري (Conchoidal fracture)، مع تصنادىت تكون عمودية على اتجاه الشد المطبق.

المقاومة النظرية للمواد البلورية هي

{\displaystyle \sigma _{\mathrm {theoretical ={\sqrt {\frac {E\gamma {r_{o

حيث: -

{\displaystyle E

{\displaystyle \gamma

{\displaystyle r_{o

هي مسافة التوازن بين المراكز الذرية.

ومن جهة أخرى فإن الشق يسبب هجرزا للإجهاد يوصف كما يلي:

{\displaystyle \sigma _{\mathrm {elliptical\ crack =\sigma _{\mathrm {applied (1+2{\sqrt {\frac {a {\rho )=2\sigma _{\mathrm {applied {\sqrt {\frac {a {\rho

(For sharp cracks)

حيث: -

{\displaystyle \sigma _{\mathrm {applied

هوجهد التحميل،

{\displaystyle a

هونصف طول الشق

{\displaystyle \rho

هونصف قطر التقوس في رأس الشق.

بوضع هاتين المعادلتين مع بعضهما فإننا سنحصل على:

{\displaystyle \sigma _{\mathrm {fracture ={\sqrt {\frac {E\gamma \rho {4ar_{o .

ونلاحظ حتى الشقوق الحادة ( ${\displaystyle \rho$ صغيرة) والعيوب الكبيرة ( ${\displaystyle a$ كبيرة) ينقصان كلاهما مقاومة الانكسار للمادة. وقد اكتشف الفهماء حديثا الانكسار فوق الصوتي (Supersonic fracture)، وهي ظاهرة حركة الشق في المواد بسرعة تفوق سرعة الصوت.

الانكسار المطيلي

الانكسار المطليلي لعينة مشدودة محوريا.

شكل توضيحي لخطوات الانكسار المطيلي

الانكسار المطيلي هوتشوه لدن ممتد يحدث قبل الانكسار. الكثير من المعادن المطيليلة، وخصوصا المواد عالية النقاوة، يمكن حتى تتحمل تشوه كبيرة جدا حوالي 50-100 % أوتنعمل أكثر قبل الانكسار تحت شروط التحميل الملائمة والبيئة الملائمة. يرتبط الانفعال الذي يحدث عنده الانكسار بنقاوة المادة. فالحديد النقي عند درجة حرارة الغرفة ينعمل حتى 100 % قبل الانكسار، في حين حتى حديد الزهر أوالفولاذ عالي الكربون يمكن حتى ينعمل 3 % فقط.

وبما حتى الانكسار المطيلي يتضمن درجة عالية من التشوه اللدن فإن سلوك الانكسار وانتشار الشق كما وصف في المعادلات السابقة يتغير كليا. فبعض الطاقة الناتجة عن هجرز الإجهادات عند عنق الانكسار تضيع في التشوه اللدن قبل حتى ينتشر الشق. إن المراحل الأساسية لتشكل أصغر مبتر عرضي، وتشكل الفراغات، واتحاد الفراغات (وتسمى بتشكل الشق أيضا)، وانتشار الشق، والفشل، غالبا تنتج بتشكل سطح الانكسار ذوالشكل الكأسي.