Mehanika loma (LEFM, YFM)
Mehanika loma preučuje rast razpoke, širjenje razpoke in možnost zaustavitve razpoke v komponenti ali materialu v delovnih pogojih (delovanje, življenjska doba ob utrujanju, ...). Določene lastnosti materiala ob upoštevanju napetostno-časovne funkcije vplivajo na načrtovanje in izdelavo komponente.
Mehanika loma igra pomembno vlogo v številnih industrijskih sektorjih, kot sta vesoljska in avtomobilska industrija. Z oceno življenjske dobe ali preostale življenjske dobe komponent (ali materialov), prizadetih zaradi razpok, je mogoče ciljno določiti intervale pregledov in vzdrževanja.
Razlikujemo med dvema konceptoma: linearno-elastična mehanika loma (LEFM) in popuščanje mehanike loma (YFM).
Linearno-elastična mehanika loma (LEFM) Popuščanje mehanike loma (YFM) Standardi Kovine za širjenje razpok Oblika vzorca Preskusni stroji
Linearno-elastična mehanika loma (LEFM)
V linearno-elastični mehaniki loma (primerni za krhke materiale) je obnašanje materiala linearno elastično, dokler ne pride do loma brez deformacije (nestabilno širjenje razpoke). Klasična karakteristična vrednost LEFM je K1C, ki opisuje kritično (C) intenzivnost napetosti (K) med načinom odpiranja razpoke 1.
Popuščanje mehanike loma (YFM)
Če je odpoved materiala duktilna, to pomeni, da se pojavi s plastično deformacijo na konici razpoke, potem se uporablja popuščanje mehanike loma koncept. Tu obstajata dve definiciji, ena je določitev karakterističnih vrednosti prek energije, shranjene v okolju konice razpoke (koncept J-integrala), druga pa je preko širjenja konice razpoke (CTOD »premik pri odpiranju konice razpoke«).
Ustrezni standardi
- ASTM E399-09 – Standardna preskusna metoda za linearno-elastično ravninsko-deformacijsko lomno žilavost K1C kovinskih materialov
- ASTM E647 – Standardna preskusna metoda za merjenje stopnje rasti utrujenih razpok (da/dN)
- ASTM E1820-11 – Standardna preskusna metoda za merjenje lomne žilavosti (kovine)
- ISO 12135 - Poenotena preskusna metoda za določanje kvazistatične lomne žilavosti
Širjenje razpok v kovinskih komponentah
Proizvodne napake v komponenti ali na površini komponente, ki jih ima vsaka komponenta, predstavljajo jedra razpok, ki spodbujajo nastanek razpok pod obremenitvijo. Te napake se lahko spremenijo v razpoko, tj. makroskopsko poškodbo materiala, ki jo je mogoče tehnično zabeležiti. To se imenuje faza nastanka razpoke.
V naslednji fazi širjenja razpoke se razpoka nadaljuje v komponenti, dokler intenzivnost napetosti K pred vrhom razpoke ne preseže kritične vrednosti in komponenta nenadoma odpove.
Razpoke se v monotono ali ciklično obremenjenih komponentah širijo stabilno (predkritično stanje) ali nestabilno (kritično stanje). Za krhke materiale je mogoče določiti kritično velikost napetosti K1C, katere določitev je opisana v standardu ASTM E399. Če se intenzivnost napetosti K rastoče razpoke premakne pod K1C, se razpoka stabilno širi in jo je mogoče kadar koli ustaviti, ko se obremenitev odstrani. Če je vrednost K1C presežena, bo prišlo do nestabilne rasti razpok in komponenta bo nenadoma odpovedala.
Krivuljo rasti razpoke lahko razdelimo na tri regije:
- Območje I: Mejna vrednost ΔKth
- Območje II: Rast utrujenih razpok da/dN
- Območje III: Kritični faktor intenzivnosti napetosti K1C (lomna žilavost)
C(T) vzorec
Oblika vzorca, ki se najpogosteje uporablja v mehaniki loma, je kompaktni natezni vzorec. Uporablja se za preskušanje po standardu ASTM E399 / E647.
Nadaljnje oblike vzorcev so navedene tudi v standardih. Vsak od njih je izbran glede na panogo in razpoložljive surovine:
- M(T) vzorec - Vzorec srednje napetosti za preskušanje po ASTM E647
- ESE(T) vzorec - Ekscentrično obremenjen vzorec razpoke z enim robom za preskušanje po ASTM E647
- SE(B) vzorec - Enorobni upogibni vzorec za preskušanje po ASTM E399
- DC(T) vzorec - Kompakten natezni vzorec v obliki diska za preskušanje po ASTM E399
- A(T) vzorec - Natezni vzorec v obliki loka za preskušanje po ASTM E399
- A(B) vzorec - Vzorec upogiba v obliki loka za preskušanje po ASTM E399
