شق (هندسة)

في الهندسة الميكانيكية وعلم المواد ، يُشير مصطلح "الشق" إلى عيب على شكل حرف V أو U أو نصف دائري، يتم إدخاله عمدًا في مادة مستوية. في المكونات الهيكلية، يُسبب الشق تركيزًا للإجهاد ، مما قد يؤدي إلى بدء نمو شقوق الإجهاد . تُستخدم الشقوق في توصيف المواد لتحديد الخصائص المتعلقة بميكانيكا الكسر، مثل مقاومة الكسر ومعدلات نمو شقوق الإجهاد.

تُستخدم الشقوق بشكل شائع في اختبارات تأثير المواد ، حيث يكون من الضروري وجود شق مورفولوجي ذي أصل مُتحكم به لتحقيق توصيف معياري لمقاومة المادة للكسر. يُعد اختبار شاربي للصدمات الأكثر شيوعًا ، حيث يستخدم مطرقة بندولية (ضاربة) لضرب عينة أفقية مشقوقة. يُستخدم ارتفاع تأرجحها اللاحق لتحديد الطاقة الممتصة أثناء الكسر. يستخدم اختبار إيزود لقوة الصدمة عينة رأسية مشقوقة دائرية في وضعية ناتئة . يُجرى اختبار شاربي باستخدام شقوق على شكل حرف U أو V، حيث تلامس الضاربة العينة مباشرة خلف الشق، بينما تتضمن طريقة إيزود، التي أصبحت الآن قديمة إلى حد كبير، شقًا نصف دائري مواجهًا للضاربة. تُستخدم العينات المشقوقة في بروتوكولات توصيف أخرى، مثل اختبارات الشد والإجهاد .

يعتمد نوع الشق المُحدث في العينة على المادة والخصائص المستخدمة. في الاختبارات المعيارية لصلابة الكسر باستخدام طريقة شاربي للصدم، تُؤخذ أبعاد العينة والشق غالبًا من المعيار الأمريكي ASTM E23، أو المعيار البريطاني BS EN ISO 148-1:2009. بالنسبة لجميع أنواع الشقوق، يُعد انحناء أو نصف قطر طرف الشق عاملًا أساسيًا في تحديد تركيز الإجهاد والفشل في المواد المشقوقة. ^{[ 1 ]}

تُستخدم الشقوق الحادة على شكل حرف V عادةً في اختبارات مقاومة الكسر القياسية للمواد المطيلية والبوليمرات، ولتحديد قوة اللحام. إلا أن استخدام هذه الشقوق مع الفولاذ الصلب يُعدّ إشكاليًا نظرًا لحساسيته لاتجاه الحبيبات، ولذلك يُفضّل استخدام اختبار الالتواء لهذه المواد.

الشق AU هو شق مستطيل ذو طرف مستدير، أعمق من عرضه. يُشار إلى هذا الشق أيضًا باسم الشق C، وهو أكثر أنواع الشقوق شيوعًا نظرًا لإمكانية تكرار النتائج المُستخلصة من عينات الشق. يُعدّ ربط أداء الشق U بنظيره V أمرًا صعبًا، ويتمّ ذلك على أساس كل حالة على حدة، إذ لا توجد علاقة قياسية بين قيم الأداء المُستخلصة من نوعي الشق. ^{[ 2 ]}

يُعتبر الشق ذو الشكل المفتاحي عادةً شقًا ينتهي بثقب ذي نصف قطر محدد. ويُستخدم هذا النوع من الشقوق بكثرة في النماذج العددية. ^{[ 3 ]} غالبًا ما تكون نتائج مقاومة الكسر المُستخلصة من اختبار الشق ذي الشكل المفتاحي أعلى من تلك المُستخلصة من العينات ذات الشق على شكل حرف V أو العينات المُشققة مسبقًا.

• اختبار شاربي للصدمات