الإهداء والشكر ومقدمة في ظاهرة التعب

الإهداء والشكر

• اإلهداء هو تعبير عن التقدير والعرفان من المؤلف لألشخاص الذين ساهموا في نجاح العمل، بمن فيهم الوالدين، األخوة، والزوجة، واأصدقاء، واألساتذة والشركات.
• الشكر هو تقدير وامتنان للمؤلف لألفراد والمؤسسات التي دعمت وألهمت العمل، مثل األساتذة والمدير فرع المعهد العالي بحلب.

مقدمة في ظاهرة التعب

• التعب هو انهيار تدريجي في المواد والهياكل نتيجة تعرضها ألحمال متكررة أو متغيرة.
• يمكن أن يؤدي التعب إلى كوارث إذا لم يتم فهمه والتعامل معه بشكل صحيح.
• تظهر أهمية دراسة التعب في العديد من التطبيقات الهندسية، بدءًا من الهياكل الجوية إلى المعدات الصناعية.
• يهدف هذا العمل إلى تقديم فهم شامل لظاهرة التعب.
• سيتم استعراض آلية حدوث التعب، العوامل المؤثرة على مقاومة المواد للتعب، طرق تصميم الهياكل لتجنب االنهيار الناتج عن التعب، اختبارات التعب، ودراسات حالة لحوادث شهيرة ناتجة عن التعب.

تعريف وأهمية ظاهرة التعب

• التعب هو ظاهرة تحدث عندما تتعرض المادة ألحمال متكررة على مدى فترة طويلة.
• قد تتعرض المادة للكسر أو االنهيار عند مستوى إجهاد أقل بكثير من اإلجهاد الذي تتحمله تحت أحمال ثابتة.
• دراسة ظاهرة التعب ضرورية في هندسة الطيران للسلامة، المتانة، تقليل التكاليف، وتحسين األداء.

الفرق بين االنهيار تحت األحمال الثابتة واالنهيار بسبب التعب

• االنهيار تحت األحمال الثابتة يحدث عندما تتجاوز قوة الحمل القوة القصوى التي يمكن أن تتحملها المادة تحت حمل ثابت.
• االنهيار يكون مفاجئًا، يحدث عند إجهاد عالي، ويكفي حمل ثابت واحد لحدوثه.
• االنهيار بسبب التعب يحدث نتيجة لتراكم الضرر الناتج عن أحمال متكررة أو متغيرة مع الزمن.
• االنهيار يكون تدريجيًا، يحدث عند إجهاد منخفض بالمقارنة مع االنهيار بسبب األحمال الثابتة، ويتطلب عددًا كبيرًا من الدورات لحدوثه.

تاريخ دراسة التعب

• بدأت دراسة ظاهرة التعب في القرن التاسع عشر.
• يعتبر August Wöhler أبو دراسة التعب، حيث أجرى تجارب لتحديد العالقة بين اإلجهاد وعدد الدورات حتى االنهيار.
• قدم J.A. Ewing و Humphrey دراسة للشقوق الصغيرة وكيفية نموها تحت األحمال المتكررة.
• كانت حادثة طائرة دي هافيالند كوميت في عام 1954 نقطة تحول في فهم التعب في هياكل الطائرات.

أمثلة لحوادث شهيرة

• حادثة طائرة دي هافيالند كوميت عام 1954: انهيار هيكل الطائرة بسبب التعب أدى إلى سقوط عدة طائرات.
• حادثة طائرة Boeing 707 عام 1977: انهيار هيكل الجناح بسبب التعب أدى إلى أضرار جسيمة في الطائرة.
• حادثة طائرة ألوها الجوية 1988: انهيار بسبب التعب في هيكل الطائرة نتيجة التآكل واألحمال المتكررة.
• حادثة جسر سيلفر 1967: انهيار بسبب التعب في أحد الكابالت الحاملة للجسر نتيجة األحمال المتكررة.

أساسيات التعب: أنواع التعب وتصنيفاته

• تختلف أنواع التعب بناءً على طبيعة اإلجهادات المطبقة وعدد الدورات التي تتعرض لها المادة.
• التعب العالي الدورات: يحدث عندما تتعرض المادة إلجهادات صغيرة نسبيًا ولكن بعدد دورات كبير جدًا.
• التعب المنخفض الدورات: يحدث عندما تتعرض المادة إلجهادات عالية ولكن بعدد دورات قليل.
• التعب الحراري: يحدث بسبب التغيرات المتكررة في درجة الحرارة، مما يؤدي إلى إجهادات حرارية متكررة.
• التعب التآكلي: يحدث عندما يتفاعل التعب مع التآكل.

آلية حدوث التعب

• تتلخص في تراكم الضرر في المادة بسبب اإلجهادات المتكررة، وتنقسم إلى ثالث مراحل رئيسية: بداية التشقق، نمو التشقق، والفشل النهائي.
• بداية التشقق: تتكون شقوق صغيرة على سطح المادة بسبب االنزالقات المجهرية في بنية المادة والتي تتراكم مع تكرار اإلجهادات.
• نمو التشقق: تبدأ الشقوق الصغيرة في النمو والتوسع مع استمرار تعرض المادة لإلجهادات المتكررة.
• الفشل النهائي: عندما يصل التشقق إلى حجم حرج، تفقد المادة قدرتها على تحمل اإلجهادات، مما يؤدي إلى انهيار مفاجئ وكامل.

معامل شدة اإلجهاد

• معامل شدة اإلجهاد (K) هو مقياس يستخدم لتحديد مدى تأثير التشققات على قدرة المادة على تحمل اإلجهادات.
• يستخدم لتحديد النقطة التي تبدأ عندها المواد المتشققة في االنهيار النهائي ويمكن من تحديد عمر الخدمة
• معادلة حساب K هي: 𝐾 = 𝑌. 𝜎𝑚𝑎𝑥. √𝜋𝑎 حيث يتم تعريف كل من المتغيرات.

حساب معامل شدة اإلجهاد في حالة التعب والإجهاد المتكرر

• لحساب الاجهاد المتكرر تصبح معادلة حساب :K