Lomová mechanika (LELM, EPLM)
Lomová mechanika zkoumá růst a šíření trhlin a schopnost zastavení trhlin v součásti nebo materiálu za provozních podmínek (funkce, únavová životnost ...). Sledované charakteristiky materiálu s ohledem na funkci napětí a času ovlivňují konstrukci a výrobu součásti.
Lomová mechanika hraje významnou roli v mnoha průmyslových odvětvích, například v leteckém nebo automobilovém průmyslu. Odhadnutím životnosti nebo zbývající životnosti součástí (nebo materiálů), v nichž se vyskytují trhliny, lze cíleně stanovit intervaly kontrol a údržby.
Rozlišujeme dvě koncepce: lineárně-elastická (LELM) a elasticko-plastická lomová mechanika (EPLM).
Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Elasticko-plastická lomová mechanika (EPLM) Normy Šíření trhlin v kovových materiálech Tvary zkušebních těles Zkušební stroje
Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM)
Lineárně-elastická lomová mechanika (týká se křehkých materiálů) popisuje lineárně pružné chování materiálu, dokud nedojde k lomu bez deformace (nestabilnímu šíření trhliny). Klasickou charakteristickou hodnotou LEFM je KIc, která popisuje kritickou (C) hodnotu faktoru intenzity napětí (K) při módu zatěžování I (otevírání trhliny).
Elasticko-plastická lomová mechanika (LELM)
Pokud je porušení materiálu tvárné, tj. dochází k plastické deformaci na čele trhliny, pak se používá koncepce elasticko-plastické lomové mechaniky. Jsou definovány dvě koncepce. Jednou je energetický přístup sledování růstu trhliny (koncept J-integrál) a druhou je měření rozevření trhliny (CTOD, „přemístění čela trhliny“).
Odpovídající normy
- ASTM E399-09: Standardní zkušební metoda pro lineárně-elastickou rovinnou lomovou houževnatost KIc kovových materiálů
- ASTM E647: Standardní metoda měření růstu únavové trhliny da/dN
- ASTM E1820-11: Standardní zkušební metoda měření lomové houževnatosti (kovových materiálů)
- ISO 12135: Jednotná metoda zkoušky pro určení kvazistatické lomové houževnatosti
Šíření trhlin v kovových součástech
S výrobou souvisí vznik vad v součásti nebo na jejím povrchu. Ty představují zárodky prasklin, které při zatížení podporují vznik trhlin. Vady se mohou změnit v trhlinu, tj. makroskopické poškození materiálu, které lze technicky zaznamenat. Tato fáze se označuje jako fáze iniciace trhliny.
V následné fázi šíření pokračuje růst trhliny v součásti, dokud intenzita napětí K před čelem trhliny nepřekročí kritickou hodnotu a součást náhle praskne.
V monotónně nebo cyklicky zatěžovaných součástech se trhliny šíří stabilně (předkritický stav) nebo nestabilně (kritický stav). Pro křehké materiály lze určit velikost kritického napětí KIc, jehož stanovení je popsáno v normě ASTM E399. Pokud se intenzita napětí K rostoucí trhliny pohybuje pod hodnotou KIc, trhlina se šíří stabilně a po odlehčení další růstu trhliny nepokračuje. Pokud je hodnota KIc překročena, dojde k nestabilnímu růstu trhlin a náhlému selhání součásti.
Křivku růstu trhliny lze rozdělit do tří oblastí:
- Oblast I: Prahová hodnota ΔKth
- Oblast II: Růst únavové trhliny da/dN
- Oblast III: Kritický součinitel intenzity napětí KIc (lomová houževnatost)
C(T) vzorek
Nejpoužívanějším vzorkem v lomové mechanice je kompaktní vzorek na tah. Používá pro zkoušky podle ASTM E399 / E647.
Další tvary vzorků jsou také uvedeny v normě. Každý z nich se vybírá podle odvětví a dostupných surovin:
- M(T) vzorek pro středový tah pro zkoušku podle normy ASTM E647
- ESE(T) vzorek pro excentrické zatěžování v tahu s jednostrannou trhlinou na okraji pro zkoušení podle normy ASTM E647
- SE(B) vzorek pro zkoušku ohybem s jednostrannou trhlinou podle normy ASTM E399
- DC(T) vzorek diskového tvaru zatěžovaný tahem pro zkoušku podle normy ASTM E399
- A(T) vzorek obloukového tvaru zatěžovaný v tahu pro zkoušku podle normy ASTM E399
- A(B) vzorek obloukového tvaru zatěžovaný v ohybu pro zkoušku podle normy ASTM E399
