Strukturell sprickmekanik

Modell av strukturell sprickmekanik.

Strukturell sprickmekanik är det konstruktionstekniska området som sysslar med studiet av lastbärande strukturer som inkluderar en eller flera trasiga eller skadade komponenter. Den använder metoder för analytisk solidmekanik , konstruktionsteknik, säkerhetsteknik , sannolikhetsteori och katastrofteori för att beräkna belastningen och spänningen i de strukturella komponenterna och analysera säkerheten för en skadad konstruktion.

Det finns en direkt analogi mellan sprickmekanik för solid och strukturell sprickmekanik:

Analogi mellan sprickmekanik hos solid och strukturell sprickmekanik

	Frakturmekanik	Strukturell sprickmekanik
Modell	Fast med en spricka	Flerkomponentstruktur med en misslyckad komponent
Defekt drivkraft	Stressintensitetsfaktor	Överbelastningsstress
Systemegenskap	Frakturseghet	Reservförmåga / Strukturell robusthet

Det finns olika orsaker till det första komponentfelet:

1. mekanisk överbelastning , utmattning (material) , oförutsedd scenario, etc.
2. "mänsklig intervention" som oprofessionellt beteende eller en terroristattack.

Det finns två typiska scenarier:

1. Ett lokaliserat fel orsakar INTE omedelbar kollaps av hela strukturen.
2. Hela strukturen misslyckas omedelbart efter att en av dess komponenter misslyckas.

Om strukturen inte kollapsar omedelbart är det en begränsad tid tills det katastrofala strukturella felet i hela strukturen. Det finns ett kritiskt antal strukturella element som definierar om systemet har reservförmåga eller inte.

Säkerhetsingenjörer använder felet i den första komponenten som en indikator och försöker ingripa under den givna tidsperioden för att undvika katastrofen för hela strukturen. Till exempel innebär "Läcka-före-brott"-metod att en läcka kommer att upptäckas innan ett katastrofalt fel på hela rörsystemet inträffar i drift. Det har applicerats på tryckkärl, kärnkraftsledningar, gas- och oljeledningar etc.

Metoderna för strukturell sprickmekanik används som kontrollberäkningar för att uppskatta en strukturs känslighet för dess komponentfel.

Katastroffelsmodell och reservförmåga hos ett komplext system. Modellen förutsätter att fel på flera element orsakar överbelastning av angränsande element. Modellekvationen visar sambandet mellan lokala och externa spänningar. Ekvationen liknar beteendet för cusp-katastrofen. Teorin förutsäger reservförmåga hos det komplexa systemet och den kritiska yttre stressen.

Felet i ett komplext system med parallell redundans kan uppskattas baserat på probabilistiska egenskaper hos systemelementen.

Se även

• Katastrofalt misslyckande – Plötsligt och totalt misslyckande från vilket återhämtning är omöjligt
• Katastrofteori – Matematikområde
• Sprickmekanik – Mekanikområde som studerar spridningen av sprickor i material
• Kärnsäkerhet – Regler för användning av radioaktivt material
• Progressiv kollaps – Byggnadskollapstyp
• Säkerhetsteknik – Ingenjörsdisciplin som säkerställer att konstruerade system ger acceptabla säkerhetsnivåer
• Strukturell integritet och fel – En strukturs förmåga att stödja en designad strukturell last utan att gå sönder