Las fracturas supersónicas son fracturas en las que la velocidad de propagación de la fractura es mayor que la velocidad del sonido en el material. Este fenómeno fue descubierto por primera vez por científicos del Instituto Max Planck para la Investigación de Metales en Stuttgart ( Markus J. Buehler y Huajian Gao ) y el Centro de Investigación IBM Almaden en San José, California ( Farid F. Abraham ). [1]
Los problemas de las fracturas intersónicas y supersónicas se convierten en la frontera de la mecánica dinámica de las fracturas . El trabajo de Burridge inició la exploración del crecimiento intersónico de grietas (cuando la velocidad de la punta de la grieta V está entre el corte en la velocidad de onda C ^ 8 y la velocidad de onda longitudinal C ^ 1. [2]
La fractura supersónica fue un fenómeno totalmente inexplicable por las teorías clásicas de la fractura. Las simulaciones de dinámica molecular realizadas por el grupo alrededor de Abraham y Gao han demostrado la existencia de grietas intersónicas en modo I y supersónico en modo II. Esto motivó un análisis de mecánica continua de las grietas supersónicas del modo III por Yang. Los avances recientes en la comprensión teórica de la hiperelasticidad en la fractura dinámica han demostrado que la propagación de grietas supersónicas solo puede entenderse introduciendo una nueva escala de longitud, llamada χ; que gobierna el proceso de transporte de energía cerca de la punta de una grieta. La dinámica de la grieta está completamente dominada por las propiedades del material dentro de una zona que rodea la punta de la grieta con un tamaño característico igual a χ. Cuando el material dentro de esta zona característica se endurece debido a propiedades hiperelásticas, las grietas se propagan más rápido que la velocidad de la onda longitudinal. El grupo de investigación de Gao ha utilizado este concepto para simular el problema de Broberg de propagación de grietas dentro de una tira rígida incrustada en una matriz elástica blanda. Estas simulaciones confirmaron la existencia de una longitud característica de energía. Este estudio también tuvo implicaciones para la propagación dinámica de grietas en materiales compuestos. Si el tamaño característico de la microestructura compuesta es mayor que la longitud característica de energía, χ; los modelos que homogeneizan los materiales en un continuo efectivo tendrían un error significativo. El desafío surge de diseñar experimentos y simulaciones interpretativas para verificar la longitud característica de la energía. La confirmación del concepto debe buscarse en la comparación de experimentos sobre grietas supersónicas y las predicciones de las simulaciones y análisis. Si bien gran parte del entusiasmo se centra con razón en la actividad relativamente nueva relacionada con el agrietamiento intersónico, queda por incorporar una posibilidad antigua pero interesante en el trabajo moderno: para una interfaz entre materiales elásticamente diferentes, la propagación de grietas que es subsónica pero excede la velocidad de la onda de Rayleigh ha sido predicho para al menos algunas combinaciones de las propiedades elásticas de los dos materiales.
Ver también
Referencias
- ^ Fractura supersónica . MIT.edu. Consultado el 19 de mayo de 2012.
- ^ Mecanismo de fractura frágil . Eurekalert.org. Consultado el 19 de mayo de 2012.