Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Wat gebeurt er aan de bewegende rand van een scheur?

Aan de bewegende rand van een scheur vinden verschillende belangrijke processen plaats terwijl de scheur zich door een materiaal voortplant:

Stressconcentratie: Naarmate de scheur voortschrijdt, neemt de spanning vóór de scheurpunt toe. Deze spanningsconcentratie is de drijvende kracht achter scheurvoortplanting.

Het verbreken van obligaties: Bij de scheurtip worden atomaire bindingen tussen atomen of moleculen in het materiaal direct vóór de scheur verbroken. Voor het verbreken van interatomaire bindingen is energie nodig, die uit verschillende bronnen kan komen, zoals uitgeoefende belastingen, restspanningen of temperatuurgradiënten.

Plastische vervorming: Bij sommige materialen kan plastische vervorming optreden nabij de scheurtip. Dit omvat plaatselijke, onomkeerbare vervorming van het materiaal om de hoge spanningen te verlichten. Plastische vervorming kan bijdragen aan de groei van scheurtjes door een pad met de minste weerstand te bieden waarlangs de scheur zich kan voortbewegen.

Microkraken: In brosse materialen kan de spanningsconcentratie vóór de scheur de vorming van microscheuren of holtes veroorzaken. Deze microscheuren kunnen samenvloeien met de hoofdscheur of leiden tot extra vertakkingen van de scheur.

Scheurvoortplanting: De combinatie van het verbreken van de verbinding en plastische vervorming leidt tot de voortplanting van de scheur. Terwijl nieuwe bindingen breken en materiaal zich scheidt bij de scheurtip, schuift de scheur verder, waardoor de schadezone in het materiaal groter wordt.

Het gedrag aan de bewegende rand van een scheur hangt af van de materiaaleigenschappen, de uitgeoefende spanningsomstandigheden en de microstructuur van het materiaal. In sommige gevallen kan de scheur zich recht of bros voortplanten, terwijl hij in andere gevallen afwijkingen, vertakkingen of andere complexe patronen van scheurgroei kan vertonen.