Risse durchbrechen die Schallmauer
November 13, 2003 by admin
Stuttgarter Materialwissenschaftler haben entdeckt, unter welchen Bedingungen sich Risse mit Überschallgeschwindigkeit in spröden Werkstoffen ausbreiten
[IMG]http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/multimedial/bilderWissenschaft/2003/11/Buehler1/Web_Pressebild.jpeg[/IMG]
Abb. 1: Zone mit hohem Energiefluss zum Riss und Ausdehnung der hyperelastischen Bereiche. Bild (a) zeigt die Verteilung des lokalen Energieflusses in der Nähe des Risses. Die rot gefärbte Region definiert eine charakteristische Längenskala für den Energietransport. Bild (b) zeigt Regionen mit nichtlinearem (hyperelastischem) Materialverhalten. Hyperelastizität dominiert die Rissdynamik, wenn die hyperelastische Region ähnlich groß ist wie die charakteristische Längenskala für den Energietransport. Da in diesem Fall die elastischen Eigenschaften bei großen Dehnungen den Energietransport dominieren, und damit auch die Geschwindigkeit des Energietransports beeinflusst wird, beschleunigt oder verlangsamt sich die Rissgeschwindigkeit. Dann können viele neue Phänomene auftreten, die von der klassischen Theorie nicht vorhergesagt werden, wie die Rissausbreitung mit Überschallgeschwindigkeit.
Glas zerbricht, Stahl reißt, Gummi platzt – es gibt vielerlei Arten, wie Materialien bei Überbeanspruchung versagen können. Doch bis heute sind viele der atomaren Ursachen für Materialversagen noch unbekannt. So werden manche Materialien bei großen Dehnungen weich, andere wiederum hart – ein Phänomen, das man als Hyperelastizität bezeichnet. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart und dem IBM Almaden Forschungszentrum in San José, USA, haben jetzt die Dynamik von Rissen in spröden Werkstoffen in umfangreichen Computersimulationen untersucht. Sie berechneten die Bewegung jedes einzelnen Atoms in einem solchen Material auf der Grundlage der Newtonschen Bewegungsgesetze und entdeckten, dass sich Risse sogar mit Überschallgeschwindigkeit ausbreiten können, wenn Hyperelastizität jenen Bereich um die Rissspitze dominiert, der für den Energietransport wichtig ist. Mit Hilfe leistungsfähiger Supercomputer konnten die Wissenschaftler auch ableiten, unter welchen Bedingungen die Dynamik der Rissausbreitung durch Hyperelastizität bestimmt wird – wichtige Erkenntnisse für das Verständnis von Erdbeben oder die Entstehung und Bewegung von Rissen in Flugzeugen oder Raumfahrzeugen (Nature, 13. November 2003). Sie stehen in klarem Widerspruch zur klassischen Theorie, nach der die Geschwindigkeit von elastischen Wellen – in Analogie zur Lichtgeschwindigkeit in der Relativitätstheorie – als Höchstgeschwindigkeit für die Rissausdehnung in Materialien gilt.
Den gesamten Artikel finden Sie hier:
http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2003/pressemitteilung200311111/
Kommentare
Feel free to leave a comment...
and oh, if you want a pic to show with your comment, go get a gravatar!
You must be logged in to post a comment.