Frakturetsmekanik

Frakturetsmekanik är disciplinen inom materialvetenskap och mekanik som studerar sprickor i material, hur sprickor initieras och hur de växer under belastning samt hur spricktillväxten påverkar hållfastheten. Denna kunskap tillämpas på metalliska material, keramer, kompositmaterial och polymerer och används för att bedöma säkert beteende hos konstruktioner där sprickor kan uppstå.

Grundläggande begrepp innefattar spänningsintensitetsfaktor K, som beskriver hur en spricka väcker spänningskoncentrationer, samt den kritiska spänningsintensitetsfaktorn Kc (frakturtålighet) eller GIc, som anger materialets motstånd mot sprickväxt. Energirelaterade mått som energiutgivning G och J-integralen används också. Sprickor kan röra sig i olika lägen: läge I (öppning), läge II (glidning) och läge III (tearing). Inom linjär elastisk frakturemekanik LEFM antas materialet vara elastiskt nära sprickspetsen, medan elast-plastisk frakturemekanik EPFM tar hänsyn till plastiska effekter. För växande sprickor i fatigue används ofta Paris-lagen, da/dN = C(ΔK)^m, för att beskriva hur sprickan växer med antal cykler.

Metoderna inkluderar teoretiska modeller och laborativa provningar. Vanliga provstycken är CT-prov (Compact Tension) och SE(B)-prov, vilka används för att bestämma K och GIc samt för att kartlägga materialets spricktålighet. Resultaten används i design, tillförlitlighet och underhållsplanering inom flyg-, fordons-, energi- och infrastruktursektorer.

Historiskt leddes frakturetsmekanik av Griffiths energi-baserade syn på spricktillväxt på 1920-talet och utvecklades vidare av Irwin och andra under 1950-talet. Sedan dess har fältet utvidgats till att omfatta keramer, kompositmaterial samt fatigue-krav i standarder, och används i dag för att förutse kritiska sprickor, förbättra design och säkra livslängden hos kritiska strukturer.