Spänningsintensitetsfaktorer

Spänningsintensitetsfaktorer är kvantitativa mått som används inom sprickmekanik för att beskriva spänningstillståndet runt spetsen av en spricka. De är en central del av teorin om linjär elastisk sprickmekanik, som syftar till att förutsäga sprickutbredning och brott. Begreppet utvecklades som ett sätt att hantera den oändliga spänningssingularitet som teoretiskt uppstår vid en sprickspets i en idealiserad modell. Istället för att fokusera på de oändliga spänningarna, kvantifierar spänningsintensitetsfaktorn den linjära delen av spänningsfältet i närheten av sprickspetsen.

Det finns tre grundläggande lägen för sprickutbredning, vilket leder till tre motsvarande spänningsintensitetsfaktorer: K_I, K_II och K_III. K_I beskriver spänningstillståndet för det "öppnande" läget, där sprickan tenderar att öppnas vinkelrätt mot sin yta. K_II relaterar till det "glidande" läget, där sprickans ytor rör sig parallellt med varandra i sprickplanets riktning. K_III hanterar det "skjuvande" läget, där sprickans ytor rör sig parallellt med varandra men vinkelrätt mot sprickplanets yta.

Ett material har en kritisk spänningsintensitetsfaktor, känd som brottseghet (K_c). När den beräknade spänningsintensitetsfaktorn vid en sprickspets når brottsegheten, förutsägs att sprickan kommer att utbreda sig. Denna princip utgör grunden för att bestämma en komponents maximala tillåtna sprickstorlek under en given belastning, eller den maximala belastning som en komponent med en känd spricka tål. Spänningsintensitetsfaktorer beräknas ofta med hjälp av analytiska lösningar för enkla geometrier eller genom finita elementmetoder för mer komplexa situationer.