Οι ρωγμές είναι ο σημαντικότερος παράγοντας αστοχίας των φορέων και γενικότερα των κατασκευών. Επιπλέον, οι ρωγμές είναι δαπανηρές στην επισκευή και ποτέ δεν επισκευάζονται εντελώς. Σε πολλές μάλιστα περιπτώσεις προκαλούν τη θραύση και θέτουν σε κίνδυνο το περιβάλλον και την ανθρώπινη ζωή.

Η θραύση ενός υλικού ή μιας κατασκευής επηρεάζεται από διάφορους συντελεστές. Οι κυριότεροι είναι:

• το επίπεδο της εφαρμοζόμενης τάσης
• τη παρουσία ατελειών ή ελαττωμάτων
• τις ιδιότητες του υλικού
• τον μηχανισμό με τον οποίο δημιουργείται & ολοκληρώνεται η θραύση

Οι ρωγμές με τη μορφή μικρορωγμών, μπορεί να προϋπάρχουν σαν ατέλειες μέσα σε ένα υλικό ή να δημιουργούνται κατά τη χρήση του λόγω κόπωσης, διάβρωσης, ακτινοβολίας, κλπ. Σκοπός μας είναι να αναπτύξουμε ποσοτικές σχέσεις μεταξύ των παραπάνω συντελεστών και της αύξησης των ρωγμών έως τη τελική θραύση και μεθόδους ελέγχου και αξιολόγησης ώστε να κρίνουμε με περισσότερη ακρίβεια την κατάσταση μιας κατασκευής.

Παρατηρώντας, μελετώντας και κατανοώντας καλύτερα το φαινόμενο της θραύσης, μπορούμε να βοηθήσουμε τους σχεδιαστές μηχανικούς στη πρόληψη των δομικών ατελειών και αστοχιών. Για να είναι ολοκληρωμένες, οι διαδικασίες σχεδιασμού, θα πρέπει να περιλαμβάνουν και τη συμπεριφορά ενός φορέα που περιέχει ρωγμές κάτω από κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Επιπλέον, θα πρέπει να αναπτυχθούν κριτήρια για το χαρακτηρισμό των ρωγμών και την αξιολόγηση της πιθανότητας να διαδοθούν με καταστροφικά αποτελέσματα.

Η ανάγκη της ανάπτυξης ενός τομέα της επιστήμης που να μελετά τη κόπωση και τη θραύση των κατασκευών προήλθε από δυο κυρίως διαπιστώσεις:

1. Η πρώτη διαπίστωση είναι ότι οι ρωγμές που περιέχονται σε μια κατασκευή η οποία καταπονείται, τείνουν να αυξάνουν λόγω της κόπωσης, της διάβρωσης, της ακτινοβολίας και άλλων αιτιών, και μάλιστα, επεκτείνονται όλο και ταχύτερα (Εικ.1).

2. Η δεύτερη διαπίστωση είναι ότι η αντοχή μιας κατασκευής μειώνεται όσο αυξάνουν και επεκτείνονται οι ρωγμές μέσα στο υλικό, μετά δε από κάποιο διάστημα κόπωσης η αντοχή της γίνεται τόσο χαμηλή ώστε η κατασκευή αστοχεί (Εικ.2).

Όπως φαίνεται και στην Εικ.1, το αρχικό μέγεθος των ατελειών είναι πολύ μικρό για να είναι ορατό και η ρωγμή αρχίζει να επεκτείνεται χωρίς να γίνεται αντιληπτή. Από ένα σημείο και μετά η ρωγμή μπορεί να εντοπιστεί με τη βοήθεια διαφόρων μεθόδων (ΜΚΕ). Το μέγεθός της αυξάνει με γεωμετρικό ρυθμό αλλά δεν έχει ακόμη προκαλέσει την αστοχία της κατασκευής. Όταν τελικά ξεπεράσει ένα κρίσιμο μέγεθος, επέρχεται η θραύση του υλικού και η αστοχία της κατασκευής. Το κρίσιμο μέγεθος της ρωγμής εξαρτάται από τις εφαρμοζόμενες τάσεις. Όπως φαίνεται και από την Εικ.2, όσο μικρότερες είναι ο τάσεις τόσο μεγαλύτερο είναι το επιτρεπόμενο μήκος των ρωγμών. Αντίθετα, αν οι εφαρμοζόμενες τάσεις είναι μεγάλες τότε απαιτείται μεγαλύτερη αντοχή άρα και μικρότερες ρωγμές. 

,
(α)                                                           (β)
Εικόνα 1 : (α) Η αύξηση του μήκους μιας ρωγμής με τη πάροδο του χρόνου. (β) Tο ίδιο διάγραμμα ανεστραμμένο μας δίνει τον υπολειπόμενο χρόνο ζωής λόγω της αύξησης της ρωγμής.
                                               
Εικόνα 2 : Η ελάττωση της αντοχής του υλικού λόγω της επέκτασης των ρωγμών.

Για να λύσει τα παραπάνω προβλήματα η μελέτη του φαινομένου της κόπωσης και της θραύσης θα πρέπει να μπορεί να απαντήσει σε ερωτήσεις σαν τις παρακάτω:

• Ποια είναι η υπολειπόμενη αντοχή της κατασκευής σαν συνάρτηση της κόπωσης που έχει υποστεί μέχρι στιγμής;

• Ποια είναι η υπολειπόμενη αντοχή της κατασκευής σαν συνάρτηση του μεγέθους μιας ρωγμής μέσα στο υλικό της;

• Ποιο είναι το μέγιστο ανεκτό ή επιτρεπτό μέγεθος ρωγμής για τις συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας της κατασκευής;

• Πόσο χρόνο χρειάζεται μια ρωγμή για να φτάσει σε ένα συγκεκριμένο (κρίσιμο) μέγεθος; (π.χ.: από το ελάχιστο εντοπιζόμενο με ΜΚΕ (NDI), στο μέγιστο επιτρεπόμενο πριν την αστοχία)

• Πόσο συχνά θα πρέπει να ελέγχεται μια κατασκευή με ΜΚΕ (NDI) για την εμφάνιση νέων ή τη επέκταση παλαιών ρωγμών;

• Πώς αξιολογούμε τη κατάσταση και την αξιόπιστη λειτουργία μιας κατασκευής όταν διαπιστωθούν ατέλειες ή ρωγμές;

• Ποιος είναι ο υπολειπόμενος χρόνος ζωής (Residual Lifetime) μιας κατασκευής όταν προϋπάρχει η συγκεκριμένη ατέλεια ή ρωγμή;

• κ.ά.

Για να απαντηθούν οι παραπάνω καθώς και πολλές άλλες ερωτήσεις σχετικά με τη κόπωση των κατασκευών και την επέκταση των ρωγμών, προτάθηκαν διάφορες τεχνικές και θεωρίες. Στη συνέχεια του κεφαλαίου θα δούμε τις σημαντικότερες από αυτές τις μεθόδους.

[Προηγούμενη] | Πάνω | [Επόμενη]