murtumiskäyttäytyminen

Murtumiskäyttäytyminen tarkoittaa materiaalin murtumisen dynamiikkaa ja lopullista tilaa, kun siihen kohdistuva rasitus aiheuttaa halkeaman muodostumista ja sen etenemistä. Siihen sisältyvät sekä halkeaman alkaminen että sen eteneminen murtuma-alueelle. Käytännössä murtumiskäyttäytyminen määrittelee, kuinka nopeasti ja millä tavalla materiaali epäonnistuu, ja se riippuu sekä materiaalin sisäisestä rakenteesta että ulkoisista olosuhteista, kuten kuormitusolosuhteista, lämpötilasta ja ympäristötekijöistä.

Keskeisiä käsitteitä ovat murtumiskestävyys (fracture toughness) sekä murtumismuodot (duktinen ja hauras). Murtuma alkaa ja etenee; kriittinen jännitysvoima K_IC sekä energia vapautumisen arvo G_IC kuvaavat, milloin ja miten murtuma syntyy. Duktinen murtuma liittyy merkittävään plastiseen muodonmuutokseen ennen murtumaa, kun taas hauras murtuma etenee vähän muodonmuutosta. Väsymismurtuma ja iskuttava murtuma ovat myös tärkeitä erityyppisiä murtumia eri kuormitusolosuhteissa.

Tekijät: materiaalin mikrorakenne, kuten kiderakenteen koko, epäpuhtaudet ja faasin koostumus; lämpötila ja kuormitusnopeus; ympäristötekijät kuten kosteus, korroosio ja aggressiiviset kemikaalit. Myös viisteiden, pintojen ja sisäisten jännitteiden rooli on tärkeä. Näiden tekijöiden yhteisvaikutus määrittää aloittamiskynnyksen, halkeaman kasvun nopeuden sekä lopullisen murtuman muodon.

Arviointi ja suunnittelu: murtumiskäyttäytymistä arvioidaan kokeellisilla testeillä ja laskentamalleilla. Kokeet mittaavat murtumiskestävyyden ja halkeaman kasvun ominaisuuksia, kun taas teoreettiset mallit kuten murtumisen laskennan menetelmät antavat kriittisiä arvoja kuten K_IC ja G_IC. Tietoa käytetään suunnittelussa: valitaan materiaaleja, jotka kestävät halkeaman kasvua, poistetaan teräviä kohtia, pienennetään epäpuhtauksia ja hallitaan jännitteitä sekä ympäristövaikutuksia.