Сверхзвуковой перелом

Сверхзвуковые трещины — это трещины , при которых скорость распространения трещины превышает скорость звука в материале. Это явление было впервые обнаружено учеными из Института исследований металлов Макса Планка в Штутгарте ( Маркус Дж. Бюлер и Хуацзян Гао ) и Исследовательского центра IBM Almaden в Сан-Хосе, Калифорния ( Фарид Ф. Абрахам ).

Вопросы межзвукового и сверхзвукового разрушения становятся передовым направлением динамической механики разрушения . Работа Берриджа положила начало исследованию роста межзвуковой трещины (когда скорость вершины трещины V находится между скоростью сдвига волны C ^ 8 и скоростью продольной волны C ^ 1.

Сверхзвуковое разрушение было явлением, совершенно необъяснимым классическими теориями разрушения. Моделирование молекулярной динамики , проведенное группой Абрахама и Гао, показало существование трещин в межзвуковой моде I и сверхзвуковой моде II. Это побудило механики сплошной Янга провести анализ среды сверхзвуковых трещин III режима. Недавний прогресс в теоретическом понимании гиперэластичности при динамическом разрушении показал, что сверхзвуковое распространение трещины можно понять только путем введения нового масштаба длины, называемого χ; которая определяет процесс переноса энергии вблизи вершины трещины. Динамика трещины полностью определяется свойствами материала внутри зоны, окружающей вершину трещины, с характерным размером, равным χ. Когда материал внутри этой характерной зоны становится более жестким из-за гиперупругих свойств, трещины распространяются быстрее, чем скорость продольной волны. Исследовательская группа Гао использовала эту концепцию для моделирования задачи Броберга о распространении трещин внутри жесткой полосы, заключенной в мягкую упругую матрицу. Эти моделирования подтвердили существование энергетической характерной длины. Это исследование также имело значение для динамического распространения трещин в композитных материалах. Если характерный размер композитной микроструктуры больше энергетической характерной длины χ; модели, которые гомогенизируют материалы в эффективный континуум, будут иметь значительную ошибку. Возникает проблема разработки экспериментов и интерпретативного моделирования для проверки длины энергетической характеристики. Подтверждение концепции следует искать в сравнении экспериментов со сверхзвуковыми трещинами и предсказаниями моделирования и анализа. Хотя большой интерес по праву сосредоточен на относительно новой деятельности, связанной с межзвуковым растрескиванием, в современные работы остается включить старую, но интересную возможность: для границы между упруго разнородными материалами было обнаружено дозвуковое распространение трещины, но превышающее скорость волны Рэлея. предсказано хотя бы для некоторых комбинаций упругих свойств двух материалов.

См. также

• Характеристический масштаб энергетической длины