دراسة الكسور

يُعدّ تحديد ودراسة منشأ التصدع هدفًا هامًا في علم دراسة الكسور، إذ قد يكشف الفحص عند المنشأ عن سبب بدء التصدع. يُجرى الفحص الأولي للكسور عادةً على نطاق واسع باستخدام المجهر الضوئي ذي التكبير المنخفض وتقنيات الإضاءة المائلة لتحديد مدى التصدع، وأنماطه المحتملة، وأصوله المرجحة. غالبًا ما يكون المجهر الضوئي أو التصوير الفوتوغرافي الماكروي كافيًا لتحديد طبيعة العطل وأسباب بدء التصدع ونموه إذا كان نمط التحميل معروفًا.

تشمل السمات الشائعة التي قد تسبب بدء التصدع الشوائب والفراغات أو الثقوب الفارغة في المادة والتلوث وتركيزات الإجهاد .

تُظهر صورة عمود المرفق المكسور أن العطل ناتج عن عيب سطحي قرب الجزء المنتفخ في أسفل المركز. تشير العلامات نصف الدائرية قرب نقطة البداية إلى تشقق يمتد داخل المادة الأساسية بفعل عملية تُعرف بالإجهاد . كما يُظهر عمود المرفق خطوطًا مائلة ، وهي الخطوط الموجودة على أسطح الكسر والتي يمكن تتبعها إلى نقطة بداية الكسر. قد تترك بعض أنماط نمو الشقوق علامات مميزة على السطح تُحدد نمط نمو الشق ونقطة بدايته على نطاق واسع، مثل علامات الشاطئ أو الخطوط الدقيقة على شقوق الإجهاد.

تُعدّ المجاهر المزودة بمنفذ USB مفيدةً للغاية لفحص خصائص سطح الكسور، نظرًا لصغر حجمها الذي يسمح بحملها باليد. وتتوفر تجاريًا مجموعة متنوعة من أحجام الكاميرات ودقتها بأسعار منخفضة. يتم توصيل كابل الكاميرا بالكمبيوتر عبر منفذ USB ، وتأتي معظم هذه الأجهزة مزودة بإضاءة للكاميرا تعمل بتقنية LED .

في كثير من الحالات، يتطلب علم دراسة أسطح الكسور فحصًا دقيقًا للغاية، ويتم ذلك عادةً باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). يتميز المجهر الإلكتروني الماسح بدقة أعلى بكثير من المجهر الضوئي، على الرغم من أن العينات تُفحص في فراغ جزئي، ما يؤدي إلى غياب اللون. تسمح أجهزة المجهر الإلكتروني الماسح المحسّنة الآن بالفحص عند ضغوط قريبة من الضغط الجوي، مما يتيح فحص المواد الحساسة، مثل المواد ذات الأصل البيولوجي. يُعد المجهر الإلكتروني الماسح مفيدًا بشكل خاص عند دمجه مع مطيافية تشتت طاقة الأشعة السينية (EDX)، والتي يمكن إجراؤها داخل المجهر، ما يسمح بتحليل التركيب العنصري لمناطق صغيرة جدًا من العينة.

تتشكل نتوءة عند التقاء الشقوق الهشة، كما هو موضح في صورة القسطرة التالفة (Cp). وقد تشكلت هذه النتوءة نتيجةً لكسر هش في القسطرة على غرسة ثدي مصنوعة من مطاط السيليكون . يبدأ منشأ الشقوق عند الكتف على الجانب الأيسر. سيسمح تحديد هذه الخصائص برسم خريطة لسطح الكسر للسطح قيد الدراسة. فشلت الغرسة بسبب التحميل الزائد، حيث تركزت جميع الأحمال المفروضة عند نقطة اتصال القسطرة بكيس محلول الملح. ونتيجةً لذلك، أبلغت المريضة عن تسرب السائل من الغرسة، وتم استخراجها جراحيًا واستبدالها.

في حالة فشل قسطرة غرسة الثدي، كان مسار التصدع بسيطًا للغاية، لكن السبب كان أكثر دقة. أظهر فحص إضافي بالمجهر الإلكتروني الماسح وجود العديد من التصدعات الدقيقة بين الكيس والقسطرة، مما يشير إلى أن الرابطة اللاصقة بين المكونين قد فشلت قبل الأوان، ربما بسبب خلل في التصنيع. مادة تصنيع كل من الكيس والقسطرة، وهي مطاط السيليكون، مادة مرنة ضعيفة فيزيائيًا، ويجب أن يراعي تصميم المنتج ضعف مقاومة التمزق أو القص لهذه المادة.

ظهر شرخ غير حرج في فتحة تثبيت لوح الجناح السفلي. صُنع اللوح من سبيكة ألومنيوم  AA7075-T6 بسماكة 3.2 مم . سمح وقت اكتشاف الشرخ وجهاز قياس التسارع (g-meter) الخاص بالطائرة للمحققين بتحديد الحمل الواقع على الطائرة أثناء الاستخدام. أظهرت الشقوق التي تم فحصها بالمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) علامات وأنماطًا للإجهاد . بدا أن الحمل الدوري والإجهاد قد تفاقما تدريجيًا، حيث كانت بعض الشقوق كبيرة والبعض الآخر صغيرًا في الطول والعرض، مما يشير إلى تعرضها لقوة عرضية تتجاوز ضعف قوة الجاذبية الأرضية (2g). أظهر جهاز قياس التسارع أن الطائرة قد حلقت 2500 رحلة، مع تجاوز قوة التسارع (g) في بعض الأحيان ضعف قوة الجاذبية الأرضية (2g). كان هذا أكثر من الحد الأقصى المعلن عنه من قبل الشركة المصنعة. ^{[ 1 ]} وخلصت الدراسة إلى ضرورة فحص الإجهاد والشقوق بانتظام في الطائرات القديمة أو شائعة الاستخدام. ^{[ 1 ]} كما كشفت الدراسة عن طرق مبتكرة لاستخدام التصوير الكمي للكسور في الطائرات، حيث تقارن هذه الطريقة تاريخ التحميل (باستخدام مقياس التسارع في هذه الحالة) وسجلات تعرض السبيكة للإجهاد في بيئة معملية تحت ضغوط ودورات ودرجات حرارة مختلفة. واستخدمت الدراسة قاعدة بيانات الشقوق لإنشاء نموذج يتنبأ بالقوى وانتشار الشقوق.