Mehanika loma (LEFM, IFM)
Mehanika loma ispituje rast prsline, širenje prsline i mogućnost zaustavljanja prsline u komponenti ili materijalu u radnim uslovima (funkcija, vek trajanja, ...). Utvrđene karakteristike materijala, uzimajući u obzir funkciju vremena naprezanja, utiču na dizajn i proizvodnju komponente.
Mehanika loma igra glavnu ulogu u mnogim industrijskim sektorima kao što su vazduhoplovstvo ili automobilsko inženjerstvo. Procenom životnog veka ili preostalog korisnog veka komponenti (ili materijala) pogođenih naprslinama, intervali pregleda i održavanja mogu se definisati na ciljani način.
Pravi se razlika između dva koncepta: linearno-elastične mehanike loma (LEFM) i mehanike loma popuštanja (IFM).
Linearno-elastična mehanika loma (LEFM) Mehanika loma popuštanja (IFM Standardi Metali za širenje pukotina Oblici uzoraka Mašine za ispitivanje
Linearno-elastična mehanika loma (LEFM)
U linearno-elastičnoj mehanici loma (pogodno za krte materijale), ponašanje materijala je linearno elastično sve dok se ne pojavi lom bez deformacija (nestabilno širenje prsline). Klasična karakteristična vrednost LEFM-a je K1C, koja opisuje kritični (C) intenzitet napona (K) tokom režima otvaranja prsline 1.
Mehanika loma popuštanja (IFM)
Ako je lom materijala duktilan, odnosno nastaje sa plastičnom deformacijom na vrhu prsline, onda se primenjuje koncept mehanike loma popuštanja. Ovde postoje dve definicije, jedna je određivanje karakterističnih vrednosti preko energije uskladištene u okruženju vrha prsline (koncept J-integrala), a druga je preko proširenja vrha prsline (CTOD „pomeranje vrha pukotine“).
Relevantni standardi
- ASTM E399-09 - Standardna metoda ispitivanja za linearno-elastičnu žilavost loma u ravni i deformaciji K1C metalnih materijala
- ASTM E647 – Standardna metoda ispitivanja za merenje stope rasta prslina od zamora (da/dN)
- ASTM E1820-11 – Standardna metoda ispitivanja za merenje otpornosti na lom (metali)
- ISO 12135 - Jedinstvena metoda ispitivanja za određivanje kvazistatičke žilavosti loma
Širenje pukotina u metalnim komponentama
Defekti u vezi sa proizvodnjom na komponenti ili na površini komponente, koje svaka komponenta ima, predstavljaju jezgra pukotine koja podstiču nastanak pukotina pod opterećenjem. Ovi nedostaci se mogu pretvoriti u pukotinu, odnosno makroskopsku materijalnu štetu koja se može tehnički evidentirati. Ovo se naziva faza inicijacije pukotine.
U sledećoj fazi širenja prsline, pukotina se nastavlja u komponenti sve dok intenzitet napona K ispred vrha prsline ne pređe kritičnu vrednost i komponenta naglo ne otpadne.
Pukotine se šire stabilno (prekritično stanje) ili nestabilno (kritično stanje) u monotono ili ciklično opterećenim komponentama. Za krte materijale može se odrediti kritična veličina napona K1C , čije je određivanje opisano u ASTM E399. Ako se intenzitet naprezanja K rastuće pukotine pomeri ispod K1C, pukotina se stabilno širi i može se zaustaviti u bilo kom trenutku kada se opterećenje ukloni. Ako se prekorači vrednost K1C, doći će do nestabilnog rasta prsline i komponenta će naglo otkazati.
Kriva rasta pukotine može se podeliti u tri regiona:
- Regija I: Vrednost praga ΔKth
- Regija II: Rast pukotina od zamora da/dN
- Regija III: Faktor intenziteta kritičnog naprezanja K1C (žilavost loma)
C(T) uzorak
Oblik uzorka koji se najčešće koristi u mehanici loma je kompaktni zatezni uzorak. Koristi se za ispitivanje prema ASTM E399 / E647.
Ostali oblici uzoraka su takođe navedeni u standardima. Svaki od njih se bira u zavisnosti od industrije i raspoloživih sirovina:
- M(T) uzorak - Uzorak srednjeg zatezanja za ispitivanje po ASTM E647
- ESE(T) epruveta - Ekscentrično opterećen epruveta za zatezanje jedne ivice pukotine za ispitivanje po ASTM E647
- SE(B) uzorak - Uzorak savijanja sa jednom ivicom za ispitivanje po ASTM E399
- DC(T) uzorak - Kompaktni zatezni uzorak u obliku diska za ispitivanje po ASTM E399
- A(T) uzorak - Zatezni uzorak u obliku luka za ispitivanje po ASTM E399
- A(B) uzorak - Uzorak savijanja u obliku luka za ispitivanje po ASTM E399
