מכניקת השבר
מכניקת השבר (באנגלית: Fracture mechanics) היא התחום במכניקה החוקר את תהליך יצירת והתקדמות סדקים בחומר, וכיצד ניתן לחזות מראש ואף לעצור התקדמות סדקים שכזאת.
בכל החומרים, טבעיים או מעשה ידי אדם, קיימים פגמים משטחיים ופנימיים. לא כל הפגמים הללו יציבים בתנאים בהם משתמשים בחומר. מכניקת השבר עוסקת באנליזה של פגמים כדי לגלות את אלה שהם בטוחים (כלומר גודלם נותר קבוע) ולעומתם, את אלה שצפויים להתגבר כסדקים ולגרום לכשל של המבנה הפגום. מכניקת השבר היא תחום חדש יחסית - היא קיימת רק כמאה שנים.
על מנת לחזות את התקדמותם של סדקים נעזרים במכניקת השבר הן בכלים מתמטיים ובסימולציות מחשב (חישוב מאמצים והזזות בקרבת קצה הסדק) והן בניסויי מעבדה (מתיחה, לחיצה, כפיפה, נגיפה והתעייפות). במודלים משתמשים בשיטות של מכניקת המוצקים כדי לחשב את הכוחות הפועלים על סדק ולאפיין את התנגדות החומר לשבירה (חסינות לשבר).
במדע החומרים המודרני, מכניקת השבר היא כלי חשוב בשיפור הביצועים המכניים של חומרים ורכיבים. המדע משתמש בחוקים הפיזיקליים של מאמץ ומעוות ובמיוחד בתאוריות לגבי אלסטיות ופלסטיות לשם בחינת התהליכים של יצירת פגמים קריסטלוגרפיים מיקרוסקופיים בחומרים. זאת, כדי לחזות את ההשפעות המאקרוסקופיות של כשל מכני של חומרים.
הצורך במכניקת השבר
עריכהשברים הם תופעה נפוצה, לדוגמה חלון זכוכית שנשבר, סדקים בקירות או סדקים באדמה יבשה. אסונות שונים כדוגמת טביעת הטיטניק אף הם קשורים למכניקת שבר.
במקרים רבים עלול כשל של מבנים מכניים להיות מסוכן: גשרים עלולים להתמוטט, מכלי לחץ של חמצן או של גז אחר עלול להתפוצץ. במקרה שכשל צפוי להתרחש, עדיף שהוא יהיה על ידי מנגנון כניעה או דליפה, ולא על ידי שבירה מסוכנת.
מאחר שסדקים יכולים להוריד את החוזק של מבנה עקב שינוי בתכונות המכניות של החומר, יש צורך לתאר את תכונת ההתנגדות לשבר של חומרים שונים. זו הסיבה לצורך במכניקת השבר – יש להעריך את חוזקם ועמידותם של מבנים בהם יש סדקים.
ראו גם
עריכהקישורים חיצוניים
עריכה
- דנה אשכנזי, חקר כישלונות חומרים – האם ניתן היה למנוע את אסונות הטיטאניק והצ'לנג'ר?, מאמר זה פורסם לראשונה ב"גליליאו", גיליון 103, 2007.