Stressintensitetsfaktorer

Stressintensitetsfaktorer är storheter som beskriver intensiteten i den sprickspets-nära stressfältet i ett material under elastisk belastning. De betecknas vanligtvis som K_I, K_II och K_III för de olika spricktillståndens lägen och är centrala i linjär elastisk sprickmekanik (LEFM). En sprickas framtida tillväxt och livslängd bedöms ofta genom jämförelse med ett materialets sprickbrottstoughness, K_IC, som är dess kritiska stressintensitetsfaktor under mode I.

Det finns tre grundläggande spricklägen: Mode I öppning, där belastningen verkar vinkelrätt mot sprickplanet och öppnar sprickan; Mode II glidning, i sprickplanet men med in-plan shear; och Mode III rivning, utanför sprickplanet. Vid blandade laster används ofta ett effektmått eller en interaktionskriterium som kombinerar K_I, K_II och K_III för att bedöma risk för tillväxt.

Kopplingen till sprickstyrka är att brott uppstår när sprickintensitetsfaktorn når eller överstiger materialets K_IC (för mode I i första hand). Enheten för K är MPa√m. Storheten beror på belastning, spricklängd och geometri; för enklare fall gäller ofta K_I ≈ Y σ √(π a), där σ är fjärrbelastningen, a spricklängden och Y en geometri- eller kantfaktor.

Bestämning sker ofta genom tester enligt standarder (t.ex. E399 för mode I), experimentell compliance-metod eller numeriska metoder (finit element). Stressintensitetsfaktorer används i konstruktionsintegritetsbedömningar inom flyg-, bil- och civilbyggnadssektorer samt vid tillståndsbedömningar och livslängdsberäkningar. Begränsningar uppkommer i plastdomäner och vid miljö-, temperatur- eller delay-effekter som kan förändra det elastiska antagandet.