Spänningsintensitetsfaktorn

Spänningsintensitetsfaktorn, ofta betecknad med symbolen K, är ett kritiskt begrepp inom brottmekanik. Det är en kvantitativ beskrivning av spänningsfältets storlek och beteende nära en sprickspets i ett material. När ett material utsätts för belastning och innehåller en defekt, som en spricka, koncentreras spänningen vid sprickans spets. Spänningsintensitetsfaktorn fångar denna koncentration och relaterar den till den pålagda makroskopiska spänningen och sprickans geometri.

Teoretiskt sett blir spänningen vid sprickspetsen oändlig om sprickan antas vara absolut skarp. Spänningsintensitetsfaktorn ger ett mer realistiskt mått genom att beskriva spänningsfältet som proportionellt mot $1/\sqrt{r}$, där r är avståndet från sprickspetsen. Faktoren K är beroende av typen av belastning (drag, böjning, skjuvning) och sprickans orientering i förhållande till belastningen. De tre grundläggande belastningsmoder som definierar K är: K_I (normalöppnande), K_II (skjuvning parallell med sprickfronten) och K_III (skjuvning vinkelrät mot sprickfronten).

Det centrala i brottmekanik är att ett material kommer att börja spricka när spänningsintensitetsfaktorn når ett kritiskt värde, känt som brottsegheten (K_c). Denna egenskap är en materialkonstant och är oberoende av sprickans storlek och form samt den pålagda spänningen, men beror på materialets sammansättning, värmebehandling och omgivande förhållanden. Att bestämma spänningsintensitetsfaktorn för en given konstruktion och jämföra den med materialets brottseghet är avgörande för att bedöma dess hållfasthet och förutsäga om sprickutbredning kommer att ske.