استخراج حجم موثر قطعه‌ی سرامیکی با هندسه‌ی مخروط ناقص تحت فشار داخلی به روش تحلیلی و عددی

Abstract

مواد سرامیکی به دلیل حفظ استحکام در دمای بالا، انبساط حرارتی کم و مقاومت عالی در برابر فرسایش برای کاربردهای سازه‌ای، مناسب هستند. با این حال، سازه‌های سرامیکی عموماً ترد هستند و به دلیل عیوب ذاتی که می‌توانند از طریق ساخت، جابجایی یا در حین سرویس وارد آن‌ها شوند، بشکنند. در نمونه‌های آزمایش استحکام مواد سرامیکی، استحکام مشاهده شده به حجم نمونه و روش آزمایش بستگی دارد و نتایج دارای پراکندگی قابل توجهی هستند. از طرفی تشخیص تغییرپذیری استحکام مواد سرامیکی برای طراحی سازه‌ای، مهم است و در فرایند طراحی این تغییرپذیری معمولاً نیاز به یک معیار واماندگی با مبنای احتمالاتی دارد که با توجه به شکست ترد سرامیک‌ها، معمولاً از توزیع ویبول برای بیان استحکام آن‌ها استفاده می‌شود. به کمک توزیع ویبول، مفهوم حجم موثر تعریف می‌شود و با استفاده از آن استحکام یک نمونه‌ی آزمایش با هندسه و بارگذاری مشخص از نمونه‌ی دیگری که هندسه و بارگذاری متفاوتی دارد پیش‌بینی می‌گردد. در این پژوهش معادله‌ی حجم موثر برای یک قطعه‌ی سرامیکی با هندسه‌ی مخروط ناقص تحت فشار داخلی به روش تحلیلی به دست آمده است. با داشتن حجم موثر برای این پیکربندی و با تعداد کافی آزمایش استحکام به کمک نمونه‌های کوچک و کم‌هزینه‌ی خمشی، می‌توان استحکام کششی قطعه‌ی سرامیکی مخروطی را بدون انجام آزمایش‌های متعدد و پر هزینه پیش‌بینی نمود. همچنین برای مخروط ناقصی با جنس و ابعاد مشخص، حجم موثر به صورت عددی نیز محاسبه گردید و نسبت به مقدار تحلیلی 3% خطا داشت.