Breukmodellen

Breukmodellen zijn wiskundige en empirische beschrijvingen die worden gebruikt om breuk en falen van materialen of constructies te verklaren en te voorspellen onder belasting en omgevingsomstandigheden. Ze proberen te bepalen wanneer een reeds aanwezige scheur zal groeien en uiteindelijk zal leiden tot falen, en onder welke condities een structuur veilig kan blijven.

De belangrijkste families behoren tot de breukmechanica. Linear elastic fracture mechanics (LEFM) gaat uit van elastisch gedrag buiten een kleine plastische zone en gebruikt concepten als de stressintensiteitsfactor K en de kritieke waarde K_IC (breuktaakheid). Griffith-criteria koppelen de energetische aspecten van scheurgroei aan de belasting. Plastieke breukmechanica houdt rekening met plastische uitbreiding rond de scheur en is relevant bij dunnere of zachtere materialen en hogere belastingen.

Bij cyclische belasting richten modellen zich op schade en scheurgroei door herhaalde belasting. Voor scheurgroei onder wisselende belasting geldt vaak da/dN ≈ C (ΔK)^m, waarbij da/dN de scheurgroei per cyclus is en ΔK de fluctuerende stressintensiteitsfactor. SN-curves geven de relatie tussen belastingniveau en cyclische levensduur. Miner’s regel wordt soms toegepast om schade door meerdere cycli op te tellen.

Creepfractuur hoort bij hoge temperaturen en langzame belastingen; creep-rupture modellen gebruiken tijdafhankelijke deformatie en kraakparameters zoals de Larson-Miller-parameter of de Monkman-Grant-relatie om tijd tot falen te koppelen aan temperatuur en spanning.

Toepassingen omvatten ontwerp van veilige structuren, lifetime prediction en materiaalkeuze, vaak met kalibratie op experimentele data. Beperkingen betreffen aannames over homogene materialen, omgevingsinvloeden en schaal, wat de nauwkeurigheid bemoeilijkt.