fraktursmekanikk

Fraktursmekanikk, eller frakture mechanic, er studiet av oppførsel til materialer når sprekk eller brudd utvikler seg under påkjenninger. Feltet søker å forklare når en sprekk starter, hvordan den vokser under ulike laster og miljøforhold, og dermed bidra til å forutsi brudd og structural integritet. En sentral inndeling er mellom lineær elastisk fraktursmekanikk (LEFM), som antar elastisk oppførsel rundt sprekkenden, og mer avanserte tilnærminger som tar hensyn til plastisk deformasjon og komplekse miljøeffekter.

Nøkkelbegreper inkluderer sprekkens tipps felt og spenningstilstand omkring tippen, samt ulike lasingsmoduser (Mode I, II og III). Stressintensitetsfaktor K brukes som mål på belastningen nær sprekkenden, og en kritisk verdi Kc (frakturstyrke eller bruddflate) angir når sprekkutvikling blir ustabil. Relasjonen mellom arbeid som frigjøres ved ny sprekklengde (energi frigjøringsrate G eller J-integral) og spenning, er grunnleggende i LEFM. For fatighet studeres sprekkvekst med Paris-law: da/dN = C (ΔK)^m, med en terskelverdi ΔKth under hvilken vekst er neglisjerbar.

Metoder inkluderer eksperimentell testing med prøvestykker som C-tension eller enkel-ås vugger, samt numeriske tilnærminger som finite element-metoder og cohesive-zone-modeller for å beskrive sprekkvekst på mikroskopisk nivå.

Anvendelser finnes i luftfart, romfart, bygg og anlegg, olje og gass, og kjernekraft, der pålitelighet og sikkerhet er avgjørende. Begrensninger oppstår ved betydelig plastisitet, miljøforsterket cracking, eller ved kompliserte laster og termisk- eller tidsavhengig oppførsel.

Historisk har Griffith introdusert bruddteori i 1920-årene, Irwin videreutviklet FE-modeller i 1950- og 60-årene, og Paris-Erdogan bidro til fatighetsperspektivet i 1960-årene.