Breukmechanica

Breukmechanica is een vakgebied binnen de materiaalkunde en werktuigbouwkunde dat zich bezighoudt met het ontstaan en de voortplanting van scheuren in materialen en constructies onder statische en dynamische belasting. Het doel is om kansen op falen te voorspellen en ontwerpen en materiaaleigenschappen hierop te optimaliseren.

Belangrijke concepten omvatten scheuren en de tipzone waarin plastische vervorming kan optreden, de stressintensiteitsfactoren K (en de onderscheidingen K_I, K_II, K_III), en de breukweerstand K_IC. Ook is er de energievrijgave rate G en de J-integral als criterium bij niet-lineaire materialen. Voor lineaire elastische materialen zijn G en K gerelateerd via G ≈ K^2 / E', waarbij E' afhangt van plane-stress of plane-strain condities.

Het Griffith-criterium stelt dat scheurgroei plaatsvindt wanneer de beschikbare energie G gelijk is aan of groter dan de fractuurgraad Gc. Bij Mode I- belastingen wordt K_IC gebruikt als maat voor de weerstand tegen scheurtrek. De verschillende fractuurtmesen (Mode I, II en III) beschrijven respectievelijk openen, wrijven en scheuring van de scheur.

Vermoeiing (fatigue) beschrijft hoe scheuren zich onder cyclische belading ontwikkelen; de Paris-wet daalt de snelheid van groeiproces af als functie van Delta K, vaak uitgedrukt als da/dN = C (Delta K)^m. Omgevingsfactoren zoals corrosie en waterstof beïnvloeden tevens de scheurgroei.

Toepassingen zijn onder andere luchtvaart, auto-industrie en civiele bouw. Proefmethoden zoals CT (compact tension) en SENB (single-edge notch bending) leveren karakterisatie van brok- en groeikenmerken. Numerieke methoden, waaronder eindige-elementen en cohesiezone-modellen, ondersteunen ontwerp en beoordeling. Historisch begon het vak met Griffith; Irwin introduceerde de K- concepten en latere ontwikkelingen omvatten de J-integral en niet-lineaire benaderingen.