Fraktur mekanik
Mekanika rekahan memeriksa pertumbuhan retak, perambatan retak, dan kemampuan menahan retak pada suatu komponen atau material pada kondisi operasi (fungsi, umur kelelahan, ...). Karakteristik material yang ditentukan, dengan mempertimbangkan fungsi tegangan-waktu, mempengaruhi desain dan produksi suatu komponen.
Mekanika rekahan memainkan peran utama di banyak sektor industri seperti kedirgantaraan atau teknik otomotif. Dengan memperkirakan masa pakai atau sisa masa manfaat komponen (atau material) yang terkena retakan, interval inspeksi dan perawatan dapat ditentukan dengan cara yang ditargetkan.
Perbedaan dibuat antara dua konsep: mekanika rekahan linier-elastis (LEFM) dan mekanika rekahan leleh (YFM).
Konsep mekanika fraktur
Dalam mekanika perpatahan elastik linier (cocok untuk material getas), perilaku material adalah linear elastic sampai terjadi perpatahan bebas deformasi (perambatan retak tidak stabil). Nilai karakteristik klasik LEFM adalah K1C, yang menggambarkan intensitas tegangan kritis (C) (K) selama mode bukaan retak 1.
Mekanika patah hasil (YFM)
Jika keruntuhan material bersifat daktail, yaitu terjadi deformasi plastis pada ujung retak, maka diterapkan konsep yielding fracture mechanics. Ada dua definisi di sini, satu adalah penentuan nilai karakteristik melalui energi yang tersimpan di lingkungan ujung retak (konsep J-integral) dan yang lainnya melalui ekspansi ujung retak (CTOD "perpindahan pembukaan ujung retak").
Standar yang relevan untuk mekanika rekahan
- ASTM E399-09 - Metode Uji Standar untuk Ketangguhan Retak Bidang Linear-Elastis-Regang K1C Bahan Logam
- ASTM E647 – Metode Uji Standar untuk Pengukuran Laju Pertumbuhan Retak Kelelahan (da/dN)
- ASTM E1820-11 – Metode Uji Standar untuk Pengukuran Ketangguhan Retak (logam)
- ISO 12135 - Metode Pengujian Terpadu untuk Penentuan ketangguhan fraktur kuasistatik
Perambatan retak pada komponen logam
Cacat terkait produksi pada komponen atau pada permukaan komponen, yang dimiliki setiap komponen, merupakan inti retakan yang mendorong terbentuknya retakan akibat beban. Cacat ini dapat berubah menjadi retakan, yaitu kerusakan material makroskopik yang dapat direkam secara teknis. disebut sebagai fase inisiasi retak.
Pada fase perambatan retak berikutnya, retak berlanjut pada komponen sampai intensitas tegangan K di depan ujung retak melebihi nilai kritis dan komponen mengalami kegagalan tiba-tiba.
Retak merambat secara stabil (keadaan pra-kritis) atau tidak stabil (keadaan kritis) pada komponen yang dibebani secara monoton atau siklus. Untuk bahan getas, besarnya tegangan kritis K1C dapat ditentukan, penentuannya dijelaskan dalam ASTM E399.Jika intensitas tegangan K dari retak yang tumbuh bergerak di bawah K1C, maka retakan merambat secara stabil dan dapat dihentikan sewaktu-waktu ketika beban dihilangkan. Jika nilai K1C terlampaui, akan terjadi pertumbuhan retak yang tidak stabil dan komponen akan mengalami kegagalan secara tiba-tiba .
Kurva pertumbuhan retak dapat dibagi menjadi tiga wilayah:
- Wilayah I:Nilai ambang ΔKth
- Wilayah II:Pertumbuhan retak lelah da/dN
- Wilayah III:Faktor intensitas tegangan kritis K1C (ketangguhan retak)
C(T) spesimen
Bentuk benda uji yang paling banyak digunakan dalam mekanika rekahan adalah benda uji tarik kompak yang digunakan untuk pengujian terhadap ASTM E399 / E647.
Bentuk spesimen lebih lanjut juga tercantum dalam standar. Masing-masing dipilih tergantung pada industri dan bahan baku yang tersedia:
- Spesimen M(T) - Spesimen tegangan menengah untuk pengujian sesuai ASTM E647
- Spesimen ESE(T) - Spesimen tegangan retak tepi tunggal yang dibebani secara eksentrik untuk pengujian sesuai ASTM E647
- Spesimen SE(B) - Spesimen tekukan tepi tunggal untuk pengujian sesuai ASTM E399
- Spesimen DC(T) - Spesimen tarik kompak berbentuk cakram untuk pengujian sesuai ASTM E399
- Spesimen A(T) - Spesimen tarik berbentuk busur untuk pengujian sesuai ASTM E399
- Spesimen A(B) - Spesimen tikungan berbentuk busur untuk pengujian sesuai
