Ich habe das Gefühl, dass dies im Detail ein ziemlich kompliziertes Problem ist, da ich weiß, dass eine enorme Menge an Forschung zum Verhalten von Materialien unter Belastung betrieben wird, und ich denke, dass die Art und Weise, wie Materialien brechen / reißen, ein nützliches Diagnosewerkzeug ist.
Zunächst einmal breiten sich Wellen in einem Material mit Schallgeschwindigkeit aus, das heißt, es handelt sich um mechanische Wellen. Breiten sich Risse auch mit Schallgeschwindigkeit aus?
Eine andere verwandte Frage ist, bewegen sich die Risse in einem Festkörper mit konstanter Geschwindigkeit? Offensichtlich ist es möglich, dass sich ein Riss bildet und sich nicht mehr ausbreitet, so dass dies eine Dissipation einer gewissen Schwingungsamplitude bedeuten könnte, bis die Energie unter dem Punkt liegt, an dem Bindungen / Atome (Blätter bei einigen Festkörpern) gebrochen werden können. Es könnte auch bedeuten, dass sich der Riss nicht wie eine Welle verhält und sich mit einer nicht konstanten Geschwindigkeit ausbreitet. Was ist richtig?
Befolgen schließlich alle Festkörper die gleichen Regeln für die Geschwindigkeit, mit der sie brechen? Ich denke an Glas, was wahrscheinlich kein guter Ausgangspunkt für diese Frage ist, da es sich um einen amorphen Feststoff handelt (manche Leute sagen, eine unglaublich viskose Flüssigkeit, aber das fühlt sich nach Semantik an). Offensichtlich zerbricht manches Glas in große Stücke und manches zerbricht wie ein Spinnennetz. Sind diese Prozesse grundsätzlich gleich, aber mit unterschiedlichen mikroskopischen Details? Und wie verhält sich das Brechen von Glas zu etwas Einfacherem wie dem Brechen eines einzelnen Atoms? Ich habe das nicht gesehen, aber es ist sicherlich möglich.
Offensichtlich gab es dort einige Fragen, aber sie sollten nur eine allgemeine Vorstellung davon geben, welche Arten von Fragen gerne beantwortet worden wären. Vielleicht ist die Frage eigentlich ganz einfach und eine Antwort reicht aus, oder vielleicht ist sie kompliziert und es gibt mehrere gute Antworten.
Die Bruchmechanik ist ein komplexes Gebiet, in dem es, wenn überhaupt, nur wenige charakteristische Gleichungen gibt, die man aus Grundprinzipien ableiten kann. Hier ein paar Beobachtungen:
Der einfachste Fall ist bei vollkommen spröden Materialien, die auf Zug beansprucht werden, bei denen die Rissausbreitung mit Schallgeschwindigkeit im Material erfolgt und sich selbst ausbreitet, wenn das gespeicherte Dehnungsenergiefeld, das die Rissspitze umgibt, genügend Energie enthält, um die erforderliche Bildungsenergie bereitzustellen der resultierenden freien Oberflächen, wenn die Rissspitze durch das Material vordringt.
Schrecklich kompliziert wird es jedoch, wenn das Material Duktilität oder Viskoelastizität besitzt oder anisotrop ist oder aus einer Mischung von Phasen oder Mikrostrukturen besteht oder sich auf erhöhter oder sehr niedriger Temperatur befindet. In jedem dieser "interessanten" Fälle müssten Sie einen materialwissenschaftlichen Text zu Rate ziehen, der sich mit Bruchmechanik befasst.
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