آنالیز شکست و پیشگیری از آن ، کار مهمی است که برای تمام سازه های مهندسی ضروری می باشد . یکی از رشته های مهندسی که نقش بسیار مهمی در آنالیز و تحلیل شکست دارد مهندسی مواد است . خواه یک قطعه یا جزء در هنگام کار کردن شکسته شود . و یا در هنگام تولید ( در طی پروسه ی ساخت ) ، در هر مورد باید علت شکست برای پی بردن به نحوه ی جلوگیری از اتفاق دوباره در آینده ، تعیین گردد . یکی دیگر از موارد مورد بررسی تعیین نحوه ی به کارگیری از وسایل ، اجزاء و ساختارها می باشد که باید مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد .
آناليز شكست و پيشگيري از آن ، كار مهمي است كه براي تمام سازه هاي مهندسي ضروري مي باشد . يكي از رشته هاي مهندسي كه نقش بسيار مهمي در آناليز و تحليل شكست دارد مهندسي مواد است . خواه يك قطعه يا جزء در هنگام كار كردن شكسته شود . و يا در هنگام توليد ( در طي پروسه ي ساخت ) ، در هر مورد بايد علت شكست براي پي بردن به نحوه ي جلوگيري از اتفاق دوباره در آينده ، تعيين گردد . يكي ديگر از موارد مورد بررسي تعيين نحوه ي به كارگيري از وسايل ، اجزاء و ساختارها مي باشد كه بايد مورد بررسي و مطالعه قرار گيرد . يكي از مثال هاي بسيار محسوس از كاربرد آناليز شكست در صنايع هوايي مي باشد . سوانح هوايي در ذهن افكار عمومي مي ماند كه علت آن از دست رفتن غير عادي جان افراد زيادي به طور آني و آسيب روحي بسيار زيادي است كه اين نوع خاص از حوادث دارد . در 19 دسامبر 2005 ، همين كه يك هواپيماي دريايي با نام Grumman G73T Turbo Mallard از ساحل ميامي در فلوريدا عبور كرد ، منفجر شد و اين سقوط هنگامي اتفاق افتاد كه هواپيما در حال بلند شدن بود. هواپيما حامل پانزده مسافر ، 3 كودك و دو خدمه بود . در هنگام وقوع حادثه ، انفجاري اتفاق افتاد و هواپيما آتش گرفت و بال سمت راست هواپيما ، پيش از برخورد هواپيما با سطح آب از آن جدا شد . آزمايشات انجام گرفته بر روي لاشه ي هواپيما نشان داد كه ترك هاي ناشي از خستگي در بال راست هواپيما موجب بروز حادثه شد . اما علت حادثه هنوز در دست بررسي مي باشد . به هر حال شكست در ساختار هواپيما كه در ابتدا با خستگي شروع شد مورد شك است . يكي ديگر از سوانح هوايي فاجعه ي پرواز 800 خطوط هوايي Trans world Air lines بود ( اين شركت يكي از گسترده ترين شركت هاي هوايي در ايالات متحده ي آمريكاست ) اين اتفاق هنگامي رخ داد كه يك هواپيماي بويينگ 747 در Long Island ( ايسلندي كه متعلق به ايالت نيويورك آمريكاست ) در حال پرواز بود . تلاش هاي گسترده اي براي پيدا كردن علت اين تصادف انجام شد ولي تا كنون علت خاصي براي وقوع اين فاجعه پيدا نشده است ؛ اما محتمل ترين علت اين حادثه فرسودگي سيم هاي سنسور مخزن سوخت اين هواپيما پيش بيني مي شود . بسياري از مردم عكس هايي از حادثه ي بازسازي شده ديدند . بازسازي حادثه يك مرحله اصلي در بررسي سوانح هوايي مي باشد . بررسي سوانح هوايي به صورت كلاسيك با بررسي بر روي سوانح هوايي De Havilland Comet در ابتداي دهه ي 1950 آغاز شد . Comet اولين خط هوايي بود كه از جت هاي تجاري استفاده كرد . بسياري از Comet ها در ساختمان نشان شكستگي پيدا مي كردند كه اين امر به خاطر عيوب طراحي بود . تلاش هاي انجام گرفته منجر به آگاهي از علت اين سوانح هوايي شد . آناليز متالورژيكي شكست نقش تعيين كننده اي در فهميدن مكانيزم و توالي شكست داشت و سرانجام باعث شناخت علت سوانح هوايي شد .
تازه ترين سوانح هوايي كه باعث ايجاد پيامدهاي اساسي شد شامل : پرواز 261 خطوط هوايي آلاسكا ( Alaska Air lines ) است كه در اين حادثه يك هواپيماي بويينگ McDonnell Douglas MD-83 در اقيانوس آرام سقوط كرد . اين هواپيما عازم كاليفورنيا بود و در 31 ژانويه ي 2000 سقوط كرد . همچنين پرواز 587 خطوط هوايي آمريكا American Air lines ، كه در اين حادثه يك هواپيماي ايرباس A-300 در ابتداي كوپينز جنوبي Southern Queens در مجاورت شهر نيويورك و در 12 نوامبر 2001 سقوط كرد . در شكل 1 عكس هايي از سقوط هواپيماها و يا انهدام آنها را مي بينيد . يكي ديگر از مثالهاي مورد بررسي سوانح در بخش حمل و نقل ريلي مي باشد . كه در اين حادثه كه در سوم ژوئن 1998 اتفاق افتاد ، يك قطار سريع السير در كشور آلمان از ريل خارج شد . قطار در حال طي مسير ميان مونيخ و هامبورگ بود كه قبل از ساعت 11 صبح در Eschede كه در 35 مايلي شمال هانوفر واقع است از خط خارج شد . بر اساس گزارش به دست آمده تعدادي از مسافران قطار پيش از واژگوني قطار صداي تغ تغ كردن قطعه اي از قطار را شنيده بودند . با بررسي هاي انجام گرفته علت تغ تغ كردن ها مشخص شد . مأمورين تحقيق مي گويند كه يكي از چرخهاي قطار پيش از واژگوني شكسته بوده . البته اين محتمل ترين علت شناخته شد . آناليز شكست به تحقيقات درزمينه ي سوانح قطارها و هواپيماها محدود نمي شود . در اينجا من اميدوارم كه بتوانم در مورد معناي آناليز شكست توضيحاتي بدهم . آناليز شكست (Failure analysis)گاهي اوقات با نام جلوگيري از شكست ( Failure Prevention) ناميده مي شود . اين واژه در صنعت الكترونيك با نام Reliability Physics نام گذاري شده است . از آنجايي كه مهندسين مواد نقش عمده اي در پروسه ي آناليز شكست ايفا مي كنند . مطالعه در زمينه ي مهندسي و علم مواد دري است كه به سوي دنياي آناليز شكست باز مي گردد .
شكست خط لوله ي گاز طبيعي در ونزوئلا ( Venezuelan Natural Gass Pipeline Rupture ) :
در دسامبر 1993 يك لوله ي گاز طبيعي در كنار بزرگراهي در ونزوئلا تركيد . ( شكل 2 الف ) احتراق سريع گازهاي پخش شد ه باعث پديد آمدن چنان جهنمي شد كه حداقل 50 نفر در آن حادثه كشته شدند . مهندسين انجمن آناليز شكست با متخصصين خود در زمينه هاي مواد ، احتراق و مكانيزم شكست براي بررسي علت و چگونگي وقوع اين حادثه به ونزوئلا سفر كردند تا بتوانند علت وقوع چنين حادثه اي را پيدا كنند .
البته لازم به ذكر است كه علت وقوع چنين حادثه اي مي تواند بدي طراحي ، مواد اوليه ي نامرغوب در تهيه ي لوله ها و يا پروسه ي معيوب اتصال لوله ها به وسيله ي جوش و يا حتي خوردگي در بخشي از اين لوله باشد . همچنين در شكل 2 ب شكست در نردبان ماشين آتش نشاني هوريل ( Heverill fire department) را مي بينيد . شكستن نردبان هرگز يك واقعه ي غير عادي نيست و مانند حادثه ي خط لوله ي گاز طبيعي در ونزوئلا مي توانند به دليل عواملي همچون : اشتباهات طراحي ، استفاده از مواد نامرغوب و يا به علت روش توليد باشد . يكي از عوامل ديگر كه بر شكست قطعات موثر است ، شكست بر اساس پديده اي به نام خستگي ( Fatigue) مي باشد . خستگي يك طريقه ي ايجاد شكستگي در قطعات است . كه در مواد به كار رفته در ساختار ماشين ها ، در جاهايي كه بارگذاري مداوم داريم اتفاق مي افتد . هنگامي كه در مورد خستگي فكر مي كنند واقعاً به يك نردبان هوايي ، يك ميله ي متحرك در اتومبيل و يا يك بال هواپيما احتياج پيدا مي كنيد . در اين مقاله شما مي توانيد بفهميد كه يك نفر چگونه مي تواند شكست ناشي از خستگي را از انواع ديگر شكست ها تشخيص دهد . براي آناليز شكست در ساختار قطعات ، ما نيازمند تست هاي مكانيكي هستيم . براي مثال بياييد در مورد احتمال شكست بر اساس پديده ي خستگي در يك فنر مورد استفاده در درب يك گاراژ صحبت كنيم . براي پيش بيني عمر يك چنين فنري ، بايد بدانيم كه هنگام قرارگيري اين فنر در درب گاراژ چه مقدار نيرو بر آن اعمال مي شود . همچنين بايد تعداد دفعاتي كه اين نيرو مثلاً در مدت يك سال بر قطعه وارد مي شود . را بدانيم با استفاده از روش هاي تحليلي و روش هاي مدل سازي كامپيوتري مي توان به سوال خودمان پاسخ دهيم و پيش بيني كنيم كه خستگي در اين فنر پس از گذشت چند دفعه و يا سيكل اتفاق مي افتد . با مقايسه ي نتايج حاصل از مدل سازي با نتايج حاصل از آزمون خستگي مي توان درستي روش مدل سازي را بررسي كرد . تست خستگي با آزمون كشش تك محوري و بر روي نمونه ي فنر انجام مي شود . ( در شكل 3 )
يك نمونه سيستم براي تست مواد ساختماني نشان داده شده است . اين دستگاه مخصوص خستگي است كه براي نيروهاي كوچك و كاربردهايي كه خستگي دوره اي ( ديناميك ) است ، ساخته شده است . همچنين اين دستگاه در دو حالت كشش و فشار كار مي كند . اين سيستم بر اساس گزارش داده شده براي آزمايشات بيومكانيك بر روي مواد استخواني مورد استفاده در صنعت پزشكي در مدرسه ي پزشكي هاروارد ( Harvard Medical School) طراحي و ساخته شده است . در بخش هاي قبلي امكان وقوع شكستگي در ساختمان يك نردبان به وسيله ي پديده ي خستگي اشاره شد . حال چگونه كسي مي تواند بگويد كه شكستگي به وجود آمده به علت خستگي رخ داده و به علت ساير مكانيزم هاي ترد شدن فلزات نيست ؟ جواب به سوال بالا اين است كه بايد قطعه را فراكتوگرافي ( Fractography) كنيم .
فراكتوگرافي يك بررسي مقطع شكست با يك ميكروسكوپ است . كه تا پيش از ظهور ميكروسكوپ هاي الكتروني ( TEM,SEM) انجام فراكتوگرافي بسيار مشكل بود . در شكل 4 يك سطح مقطع شكست كه با SEM تصويربرداري شده را مي بينيد ( بزرگنمايي تقريباً 5000x است ) . در اين تصوير ترك هاي موازي نمايش داده شده است كه اين خطوط به خطوط خستگي معروف اند و مشخصه ي رشد ترك هاي حاصل از خستگي در يك ماده ي نرم ( داكتيل ) . حال به سانحه ي هوايي Grumman G73T Turbo Mallard كه در بالا بدان اشاره شد بر مي گرديم . پس از انجام آزمايشات فراكتوگرافي بر روي لاشه ي هواپيما مامورين متوجه ايجاد خستگي بر روي ديرك عقبي بال سمت راست هواپيما شدند ؛ كه همين خستگي موجب شكسته شدن ديرك و جدايش بال هواپيما شد .
بازرسي قطعات غير فلزي ( Inspection of Non-Metallic Components) :
اكنون بياييد بر روي قطعه اي غير فلزي كه يك مهندس مواد بايد آن را براي بهينه سازي كارايي تحليل و بررسي كند ، متمركز شويم . براي مثال : معمولي ترين نوع از واشرهايي كه در موقعيت هاي ديناميكي كاربرد دارند ، واشرهاي تهيه شده از مواد آلي هستند . ( مثلاً واشر شافت متحرك ) . در حالي كه قيمت اين واشرها مينيمم است ، برخي از خواص اين لاستيك ها نيز بسيار خوب است . و اين امر باعث كاربرد وسيع اين نوع واشر در صنايع مختلف شده است .
در كنار تمام خصوصيات اين نوع از واشرها ، يك تركيدگي زود هنگام ، مي تواند بهترين برنامه ريزي كاري را نيز خراب كند . شكل 5 دو تصوير از ايجاد ترك در مواد پليمري نشان داده شده است . در شكل 5 الف يك پيغام مهم در مورد هر آناليز شكست آورده شده است . كه اين پيام بررسي دقيق نمونه با چشم غير مسلح و يا با ذره بين با بزرگنمايي 5x يا 10x است . نكته ي مهم در مورد مواد پليمري اين است كه هر شكست و تركي از سطح جسم پليمري شروع مي شود . در شكل 5 ب يك نوع خاص از مكانيزم هاي شكست نشان داده شده است . ضمناً هنگامي كه سرعت دستگاه ( شافت متحرك ) افزايش يابد دماي لبه هاي واشر افزايش يافته ، كه يكي از نتايج دماي بالا خشكي و نتيجه ي ديگر شكنندگي لبه هاي واشر است . كشيدن لبه هاي واشر ممكن است ترك هاي به وجود آمده در قطعه را بهتر آشكار كند . نشانه ي ديگر اين تخريب ( ايجاد ترك ها ) يك لايه ي نازك حلقوي است كه درطول لبه واشر تشكيل مي شود . درحقيقت افزايش دما موج تخريب مواد نرم كننده موجود در لاستيك شده و ترك ايجاد مي كنند . اطلاعات ارائه شده در بالا مانند كليدي در پي بردن به خراب شدگي واشر به ما كمك مي كنند . البته در بررسي عمر واشرها توجه به محيطي كه واشرها در حال كارند ، نيز بايد توجه كرد .
آناليز شكست در وسايل ( Failure Analysis of Devices) :
اكنون بياييد بحث را عوض كنيم و در مورد روش هاي آناليز شكست در وسايل جامد صحبت كنيم . وسايل الكترونيكي ، مغناطيسي و اپتيكي نيز مي توانند شكسته شوند . ما براي افزايش ضريب قابليت اطمينان و يا ايجاد تغييرات در پروسه ي توليد ، نيازمند آگاهي از علت شكست ، نحوه ي شكست و مقدار آن هستيم . در اينجا مثال هايي آورده شده است كه به شما در مورد فيزيك قابليت اطمينان ( Reliability physics ) ويا آناليز شكست در وسايل اطلاعاتي مي دهد . ميكروسكوپ هاي پروبي روبشي ( SPM ) و ميكروسكوپ هاي نيروي اتمي ( AFM ) در آناليز شكست قطعات و وسايل كاربرد دارد . مثلاً در بررسي يك مدار مجتمع ، ما مي توانيم با گرفتن عكس هايي از سطح مدار به وسيله ي AFM، عيوب موجود بر روي IC را شناسايي و با بزرگنمايي مناسب علت آن را پيش بيني و رفع كنيم . ميكروسكوپ نيروي الكتروني ( Electron Force Microscopy) نيز مي توانند در تحليل علت وقوع يك خرابي كوچك در ساختار IC به ما كمك كنند كه با استفاده از تصاوير واضح ايجادي به وسيله ي اين دو تكنيك ، حتي اشتباهات توليد نيز قابل رديابي است . همچنين با پي بردن به جزئيات مدارهاي مجتمع توليدي با عكس ها و تصاوير حاصل از اين ميكروسكوپ ها ، مي توان تكنولوژي مدارهاي مجتمع را به آساني در جهان منتقل كرد . و به آساني هر كس به مطالعه ي شكست در قطعات بپردازد و احتمالات و پي آمدن هاي وجود انواع شكست در قطعات را مورد بررسي قرار دهد . همچنين آزمون هاي غير مخرب ديگري براي تحليل شكست در قطعات ميكروالكترونيكي موجود است . كه از جمله ي اين آزمون ها مي توان به موارد زير اشاره كرد : 1 ـ ميكروسكوپ اكوستيك روبشي نوع (c ( C-SAM 2 ـ ميكروسكوپ مادون قرمز روبشي ( SIR) اميدوارم كه با اطلاعات داده شده در اين مقاله توانسته باشيم براي پيشرفت روش هاي تحليل و تحقيق در شكست مواد گامي هر چند ناچيز برداريم و افقي جديد در جهت تحقيقات در سطح كشور عزيزمان ايران باز كرده باشيم .
محققان دانشگاه یاسوج با همکاری پژوهشگران دانمارکی روش جدیدی برای تصویربرداری سه بعدی نانوساختارها ابداع کردند این روش می تواند تصویر سه بعدی با تعیین دقیق مقدار و نحوه توزیع عمقی هر عنصر در نانوساختارها را تا عمق ۱۰ نانومتر ارائه دهد. ادامه ...
به گزارش خبرگزاری مهر، استفاده از نمایشگرهای لمسی در لپ تاپ، تلفنهای همراه هوشمند، پخش کننده های MP3 و لوح- رایانه های نسل جدید رواج گرفته است در این راستا نمایشگرهای لمسی چه از نظر طراحی و چه از نظر ادغام با عملکردهای دیگر درحال تکامل هستند. ادامه ...
جانشین صنعت سامانههای فضایی ایران در تشریح دستاوردهای فضایی کشور با بیان اینکه مراحل تستهای مشترک و آماده سازی پرتاب سه ماهواره ملی طلوع، نوید و مصباح 2 در دست اقدام است گفت: پیش بینی می شود امسال چند پروژه فضایی دیگر در کشور عملیاتی شود. ادامه ...
به گزارش خبرگزاری مهر، سه پرواز دیگر شاتلها باقی مانده است و آژانس فضایی آمریکا در نظر داشت با اجرای ماموریت نهایی توسط شاتل دیسکاوری در 30 سپتامبر 2010 به منظور تکمیل تجهیزات ایستگاه به برنامه شاتلهای خود پایان ببخشد. ادامه ...
15 فروردین 89 -- دانشمندان استرالیایی هم اکنون در حال آزمایش یک سیستم جدید هستند که از فنآوری لیزری برای ردیابی زبالههای فضایی در مدار زمین استفاده میکند .
ادامه ...
دبیر انجمن نجوم اهواز از برگزاری ماراتن منطقه ای مسیه خبر داد و گفت: ماراتن منطقهای "مسیه" جنوب و جنوب غرب ایران در منطقه باستانی و فرهنگی پاسارگاد در روزهای 26 و 27 فروردین ماه جاری برگزار می شود. ادامه ...
فیزیکدانان در آخرین نشست انجمن فیزیک آمریکا، عایقهای توپولوژی را معرفی کردهاند که با استفاده از آنها میتوان ذراتی را که فیزیکدانان تاکنون نتوانستهاند پیدا کنند، مورد مطالعه قرار داد. ادامه ...
تاکنون فیلمهای مختلفی درباره پایان دنیا ساخته شده که هر یک داستان خود را تعریف میکنند؛ اما اخترشناسان از شواهدی از برخورد یک کوتوله نارنجی با خورشید وجود دارد که ممکن است پایان کار دنیای ما باشد. ادامه ...
تلسکوپ فضایی وایز که دو ماهی از آغاز فعالیتش میگذرد، موفق شده 16 سیارک جدید بسیار تاریک را در اطراف زمین کشف کند که به دلیل تاریکی فوقالعاده، از دید تلسکوپهای زمینی پنهان مانده بود. ادامه ...
ماهواره جدید خورشناسی ناسا که برای پرتاب در روز سهشنبه 20 بهمن برنامهریزی شده، قرار است هر 10 ثانیه یکبار از سطح خورشید عکسبرداری کند و لحظه به لحظه زندگی تنها ستاره منظومه شمسی را ثبت کند. ادامه ...
جام جم آنلاین: فیزیک اخترشناسان دانشگاه تگزاس با مطالعه بر روی پالسار یا تب اختری در فاصله 10 هزار سال نوری از زمین متوجه شدند امواج رادیویی تابش یافته شده از این تب اختر با سرعتی بیشتر از سرعت نور در فضا سفر می کنند. ادامه ...
مرکز تقویم مؤسسة ژئوفیزیک دانشگاه تهران که استخراج تقویم رسمی و اوقات شرعی کشور را برعهده دارد،مشخصات کامل خورشیدگرفتگی روز جمعه 25 دی 1388 را در سراسر کشور اعلام کرد. ادامه ...
محققان می گویند با استفاده از یک فرآیند خورشیدی ارزان قیمت که در دانشگاه "نوادا" ابداع شده است، می توان از دریاچه های نمک در سراسر جهان آب شیرین بدست آورد. ادامه ...
متافیزیک آن طور که ابن سینا در کتابش با عنوان "شفا" در نظر گرفته، توضیح عقلانی همه هستی ست. ابن سینا "مشتق شدن همه چیز از هستی لازم"، ابدیت هستی و نیز نفی شناخت آنچه مجزا از منبع هستی ست را در این کتاب توضیح داده است. ادامه ...
لیست اسامی تمامی برندگان جایزه نوبل فیزیک از ابتدای اهدای این جوایز تا کنون با ذکر ملیت تاریخ و عناوین مورد پژوهش را در جدول زیر مشاهده فرمایید ادامه ...
برج ایفل برجی فلزی در میدان شان دو مارس و در کنار رود سن واقع در شهر پاریس است.برج ایفل امروزه به عنوان نماد فرانسه شناخته میشود و یکی از شناخته شدهترین بناها در جهان است. ادامه ...
به گزارش خبرگزاری مهر، گروهی از ستاره شناسان بین المللی به سرپرستی محققان دانشگاه فلوریدا با کمک رادیوتلسکوپ CSIRO موفق شدند توده ای را کشف کنند که بیشتر آن از گاز هیدروژن و گرد و غباری تشکیل شده است که برای تشکیل یک جرم ستاره ای بسیار عظیم درحال فروپاشی در روی خود هستند. ادامه ...
یکی از نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی این است که این دو میتوانند به یکدیگر تبدیل شوند. مشاهده تجربی این مسیله در فرایندهای مختلف مانند اثر فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، پدیده تولید زوج و … انجام شده است ادامه ...
