विभंग यांत्रिकी

यह लेख विभंग के पूर्वानुमान के बारे में है। विभंग के विज्ञान के लिए, विभंग देखें। अन्य उपयोगों के लिए, विभंग (बहुविकल्पी) देखें।

विभंग यांत्रिकी (facture mechanics ) सामग्री में स्फोटन संचरण के अध्ययन से संबंधित यांत्रिकी का क्षेत्र है। यह एक स्फोटन पर प्रेरक बल की गणना करने के लिए विश्लेषणात्मक ठोस यांत्रिकी के तरीकों का उपयोग करता है और विभंग के लिए सामग्री के प्रतिरोध को चिह्नित करने के लिए प्रायोगिक ठोस यांत्रिकी के तरीकों का उपयोग करता है।

सैद्धांतिक रूप से, एक तेज स्फोटन अग्रभाग के आगे का दबाव अनंत हो जाता है और इसका उपयोग स्फोटन के आसपास की स्थिति का वर्णन करने के लिए नहीं किया जा सकता है। विभंग यांत्रिकी का उपयोग स्फोटन पर भार को चिह्नित करने के लिए किया जाता है, सामान्यतः स्फोटन के अग्रभाग पर पूर्ण उद्भारण स्थिति का वर्णन करने के लिए एकल पैरामीटर का उपयोग किया जाता है। कई अलग-अलग पैरामीटर विकसित किए गए हैं। जब स्फोटन के अग्रभाग पर कृत्रिम क्षेत्र स्फोटन की लंबाई के सापेक्ष छोटा होता है तो स्फोटन के अग्रभाग पर दबाव की स्थिति सामग्री के अंदर  प्रत्यास्थ (भौतिकी) बलों का परिणाम होती है और इसे रैखिक प्रत्यास्थ विभंग यांत्रिकी (LEFM) कहा जाता है और दबाव तीव्रता कारक $$K$$ का उपयोग करना इसकी विशेषता हो सकती है ।  हालांकि एक स्फोटन पर भार अनियन्त्रित हो सकता है, 1957 में जॉर्ज रैनकिन जी. इरविन ने पाया कि किसी भी स्थिति को तीन स्वतंत्र दबाव तीव्रता कारकों के संयोजन में कम किया जा सकता है:
 * मोड I - प्रस्फुटन मोड (स्फोटन के तल के लिए सामान्य तन्यता दबाव),
 * मोड II - सर्पी मोड (स्फोटन के तल के समानांतर और स्फोटन के सामने लंबवत होता है), और
 * मोड III - उद्धत मोड (एक समांकर्तन दबाव स्फोटन के तल के समानांतर और स्फोटन के सामने के समानांतर काम करता है)।

जब स्फोटन अग्रभाग पर कृत्रिम क्षेत्र का आकार बहुत बड़ा होता है, तो प्रत्यास्थ-कृत्रिम विभंग यांत्रिकी का उपयोग J-एकीकृत या स्फोटन अग्रभाग प्रस्फुटन विस्थापन जैसे मापदंडों के साथ किया जा सकता है।

विशिष्टता पैरामीटर स्फोटन अग्रभाग की स्थिति का वर्णन करता है जो  समानता (मॉडल) सुनिश्चित करने के लिए प्रायोगिक स्थितियों से संबंधित हो सकता है। स्फोटन वृद्धि तब होती है जब पैरामीटर सामान्यतः  कुछ महत्वपूर्ण मूल्यों से अधिक हो जाते हैं।  संक्षारण के कारण स्फोटन धीरे-धीरे बढ़ सकती है जब दबाव की संक्षारण  स्फोटन दबाव की तीव्रता सीमा से अधिक हो जाती है। इसी तरह, चक्रीय उद्भारण के अधीन होने पर छोटी  त्रुटि के कारण स्फोटन बढ़ सकती है। जिसे श्रान्ति (सामग्री) के रूप में जाना जाता है, यह पाया गया कि लंबी स्फोटनों के लिए, वृद्धि की दर  अत्यधिक  लगाए गए भार के कारण स्फोटन की अनुभव की गई दबाव की तीव्रता $$\Delta K$$ की सीमा से नियंत्रित होती है तेज विभंग तब होगा जब दबाव की तीव्रता सामग्री के विभंग की कठोरता से अधिक हो। स्फोटन वृद्धि की पूर्वानुमान आघात स्वीकार्य परिवर्तन यांत्रिक डिजाइन व्यवस्था के केंद्र में है।

प्रेरणा
सामग्री निर्माण, प्रसंस्करण, मशीनन और बनाने की प्रक्रिया एक तैयार यांत्रिक घटक में भ्रंश समाविष्ट कर सकती है। निर्माण प्रक्रिया से उत्पन्न होने पर, सभी धातु संरचनाओं में आंतरिक और सतह दोष पाए जाते हैं। सेवा शर्तों के अंतर्गत ऐसे सभी दोष अस्थिर नहीं होते हैं। विभंग यांत्रिकी उन दोषों का विश्लेषण है जो सुरक्षित हैं (अर्थात, बढ़ते नहीं हैं) और जो स्फोटनें के रूप में उत्पन्न होने के लिए अधीन हैं और इसलिए त्रुटि पूर्ण संरचना की संरचनात्मक विफलता का कारण बनते हैं। इन अंतर्निहित दोषों के होने पर भी, आघात स्वीकार्य परिवर्तन विश्लेषण के माध्यम से संरचना के सुरक्षित संचालन को प्राप्त करना संभव है। महत्वपूर्ण अध्ययन के लिए एक विषय के रूप में विभंग यांत्रिकी विवेचनात्मक रूप से एक सदी के आसपास रही है और इस तरह यह अपेक्षाकृत नया है।

अस्थिभंग यांत्रिकी को निम्नलिखित प्रश्नों के मात्रात्मक उत्तर देने का प्रयास करना चाहिए:


 * 1) स्फोटन के आकार के कार्य के रूप में घटक की सामर्थ्य क्या है?
 * 2) क्रमव्यवस्था उद्भारण के अंतर्गत किस स्फोटन के आकार को सहन किया जा सकता है,  अर्थात अधिकतम स्वीकार्य स्फोटन का आकार क्या है?
 * 3) स्फोटन को एक निश्चित प्रारंभिक आकार से बढ़ने में कितना समय लगता है, उदाहरण के लिए न्यूनतम पता लगाने योग्य स्फोटन आकार, अधिकतम स्वीकार्य स्फोटन आकार तक?
 * 4) संरचना का सेवा जीवन क्या है जब एक निश्चित पूर्व-सम्मिलित दोष आकार (उदाहरण के लिए एक निर्माण दोष) सम्मिलित माना जाता है?
 * 5) स्फोटन का पता लगाने के लिए उपलब्ध अवधि के समय स्फोटनों के लिए संरचना का कितनी बार निरीक्षण किया जाना चाहिए?

ग्रिफ़िथ की कसौटी
विभंग यांत्रिकी प्रथम विश्व युद्ध के दौरान अंग्रेजी वैमानिकी इंजीनियर ए. ए. ग्रिफ़िथ द्वारा विकसित किया गया था - इस प्रकार शब्द ग्रिफ़िथ स्फोटन - भंगुर सामग्री की विफलता की व्याख्या करने के लिए। ग्रिफ़िथ का काम दो अन्तर्विरोधी तथ्यों से प्रेरित था:


 * स्थूल कांच को विभंग करने के लिए आवश्यक दबावलगभग 100 MPa (15,000 psi) है।
 * कांच के परमाणु बंधों को तोड़ने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक दबाव लगभग 10000 MPa है।

इन परस्पर विरोधी टिप्पणियों को सामंजस्य स्थापित के लिए एक सिद्धांत की आवश्यकता थी साथ ही, कांच तंत्रिका पर किए गए प्रयोग जो ग्रिफ़िथ ने स्वयं आयोजित किए थे, ने सुझाव दिया कि तंत्रिका व्यास कम होने के साथ विभंग दबाव बढ़ता है। इसलिए एक अक्षीय तन्य शक्ति, जिसका उपयोग ग्रिफ़िथ से पहले सामग्री की विफलता की पूर्वानुमान करने के लिए बड़े पैमाने पर किया गया था, एक नमूना- पृथक्करण सामग्री गुण नहीं हो सकता था। ग्रिफिथ ने सुझाव दिया कि प्रयोगों में देखी गई कम विभंग सामर्थ्य, साथ ही सामर्थ्य की आकार-निर्भरता,  स्थूल सामग्री में सूक्ष्म दोषों की उपस्थिति के कारण थी।

दोष परिकल्पना को सत्यापित करने के लिए, ग्रिफ़िथ ने अपने प्रायोगिक कांच के नमूनों में एक कृत्रिम दोष समाविष्ट किया। कृत्रिम दोष एक सतही स्फोटन के रूप में था जो एक नमूने में अन्य दोषों की तुलना में बहुत बड़ा था। प्रयोगों से पता चला है कि दोष की लंबाई के वर्गमूल का गुणनफल ($$a$$) और विभंग पर दबाव ($$\sigma_f$$) लगभग स्थिर था, जो समीकरण द्वारा व्यक्त किया गया है:


 * $$\sigma_f\sqrt{a} \approx C$$

रैखिक प्रत्यास्थ सिद्धांत के संदर्भ में इस संबंध की व्याख्या समस्याग्रस्त है। रैखिक प्रत्यास्थ सिद्धांत पूर्वानुमान लगता है कि एक रैखिक प्रत्यास्थ विरूपण सामग्री में एक तेज दोष के अग्रभाग पर दबाव (और इसलिए दबाव) अनंत है। उस समस्या से बचने के लिए, ग्रिफ़िथ ने अपने द्वारा देखे गए संबंध को समझाने के लिए एक ऊष्मप्रवैगिकी प्रस्ताव विकसित किया।

स्फोटन की वृद्धि, स्फोटन के दोनों ओर सतहों के विस्तार के लिए सतह ऊर्जा में वृद्धि की आवश्यकता होती है। ग्रिफ़िथ ने एक प्रत्यास्थ प्लेट में एक परिमित स्फोटन की प्रत्यास्थ समस्या को हल करके स्फोटन की सतह ऊर्जा के संदर्भ में स्थिरांक के लिए एक व्यंजक $$C$$ खोजा। संक्षेप में,  प्रस्ताव था:


 * एक अक्षीय तन्यता भार के अंतर्गत एक आदर्श नमूने में संग्रहीत संभावित ऊर्जा की गणना करें।
 * सीमा को तय करें ताकि लागू भार काम न करे और फिर नमूने में स्फोटन डालें। स्फोटन दबाव को कम करती है और इसलिए स्फोटन वाले चेहरों के पास प्रत्यास्थ ऊर्जा को कम करती है। दूसरी ओर, स्फोटन से नमूने की कुल सतह ऊर्जा बढ़ जाती है।
 * स्फोटन की लंबाई के एक समारोह के रूप में थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा (सतह ऊर्जा - प्रत्यास्थ ऊर्जा) में परिवर्तन की गणना करें। विफलता तब होती है जब मुक्त ऊर्जा एक महत्वपूर्ण स्फोटन लंबाई पर एक चरम मान प्राप्त करती है, जिसके आगे स्फोटन की लंबाई बढ़ने पर मुक्त ऊर्जा कम हो जाती है, अर्थात विभंग के कारण। इस प्रक्रिया का उपयोग करते हुए ग्रिफ़िथ ने पाया कि


 * $$C = \sqrt{\cfrac{2E\gamma}{\pi}}$$

कहाँ पे $$E$$ सामग्री का यंग मापांक है और $$\gamma$$ सामग्री की सतह ऊर्जा घनत्व है। यह मानते हुए $$E = 62\ \text{GPa}$$ तथा $$\gamma = 1\ \text{J/m}^2$$ ग्लास के लिए प्रायोगिक परिणामों के साथ ग्रिफ़िथ के अनुमानित विभंग दबाव का उत्कृष्ट समझौता करता है।

एक पतली आयताकार प्लेट के साधारण स्थिति के लिए भार के लंबवत स्फोटन के साथ, ऊर्जा संपादित दर, $$G$$, बन जाता है:


 * $$G = \frac{\pi \sigma^2 a}{E}\,$$

कहाँ पे $$\sigma$$ लागू दबाव है, $$a$$ स्फोटन की लंबाई आधी है, और $$E$$ यंग का मापांक है, जिसे समतल दबाव के स्थिति में प्लेट की कठोरता कारक से विभाजित किया जाना चाहिए $$(1-\nu^2)$$. दबाव ऊर्जा संपादित दर को शारीरिक रूप से समझा जा सकता है: वह दर जिस पर स्फोटन के विकास से ऊर्जा अवशोषित होती है।

हालाँकि, हमारे पास यह भी है:


 * $$G_c = \frac{\pi \sigma_f^2 a}{E}\,$$

यदि $$G$$ ≥ $$G_c$$, यही वह कसौटी है जिसके लिए स्फोटन फैलनी प्रारंभ हो जाएगी।

स्फोटन संचरण से पहले अत्यधिक विकृत सामग्री के लिए, रैखिक प्रत्यास्थ विभंग यांत्रिकी सूत्रीकरण अब लागू नहीं होता है और स्फोटन अग्रभाग के करीब दबाव और विस्थापन क्षेत्र का वर्णन करने के लिए एक अनुकूलित मॉडल आवश्यक है, जैसे कि नरम सामग्री के विभंग पर।

इरविन का संशोधन
 1950 के दशक की प्रारंभ तक ग्रिफ़िथ के काम को इंजीनियरिंग समुदाय द्वारा बड़े पैमाने पर नज़रअंदाज़ किया गया था। इसके कारण प्रतीत होते हैं (ए) वास्तविक संरचनात्मक सामग्रियों में विभंग का कारण बनने के लिए आवश्यक ऊर्जा का स्तर संबंधित सतह ऊर्जा की तुलना में अधिक परिमाण का क्रम है, और (बी) संरचनात्मक सामग्रियों में स्फोटन के आसपास हमेशा कुछ अयोग्य विकृति होती है। सामने जो स्फोटन के अग्रभाग पर अनंत दबाव के साथ रैखिक प्रत्यास्थ माध्यम की धारणा को अत्यधिक अवास्तविक बना देगा। 

ग्रिफिथ का सिद्धांत भंगुर सामग्री जैसे कांच के लिए प्रयोगात्मक डेटा के साथ उत्कृष्ट समझौता प्रदान करता है। तन्य सामग्री जैसे इस्पात के लिए, हालांकि संबंध $$ \sigma_f\sqrt{a} = C $$ अभी भी कायम है, ग्रिफ़िथ के सिद्धांत द्वारा अनुमानित सतह ऊर्जा (γ) सामान्यतः अवास्तविक रूप से उच्च है। जी आर इरविन के अंतर्गत काम कर रहे एक समूह द्वितीय विश्व युद्ध के समय अमेरिकी नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला (एनआरएल) में महसूस किया गया कि नमनीय सामग्री के विभंग में पराप्रत्यास्थता को महत्वपूर्ण भूमिका निभानी चाहिए।

तन्य सामग्रियों में (और यहां तक ​​कि उन सामग्रियों में भी जो भंगुर दिखाई देती हैं ), स्फोटन के अग्रभाग पर एक कृत्रिम क्षेत्र विकसित होता है। जैसे-जैसे लागू किया गया संरचनात्मक भार बढ़ता है, कृत्रिम क्षेत्र का आकार तब तक बढ़ता जाता है जब तक कि स्फोटन नहीं बढ़ जाती है और स्फोटन के अग्रभाग के पीछे प्रत्यास्थ रूप से दबावग्रस्त सामग्री अनभार हो जाती है। स्फोटन अग्रभाग के पास कृत्रिम उद्भारण और आभरण चक्र गर्मी के रूप में ऊर्जा के अपव्यय की ओर जाता है। इसलिए, भंगुर सामग्री के लिए ग्रिफ़िथ द्वारा तैयार किए गए ऊर्जा संतुलन संबंध में एक अपव्यय शब्द जोड़ा जाना चाहिए। भौतिक शब्दों में, भंगुर सामग्री की तुलना में नमनीय सामग्री में स्फोटन वृद्धि के लिए अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

इरविन की योजना ऊर्जा को दो भागों में बांटने की थी:
 * संग्रहीत प्रत्यास्थ दबाव ऊर्जा जो एक स्फोटन बढ़ने के रूप में जारी होती है। यह विभंग के लिए थर्मोडायनामिक ड्राइविंग बल है।
 * विलुप्त ऊर्जा जिसमें कृत्रिम अपव्यय और सतह ऊर्जा सम्मिलित है (और कोई अन्य अपव्यय बल जो काम पर हो सकता है)। छितरी हुई ऊर्जा विभंग को थर्मोडायनामिक प्रतिरोध प्रदान करती है। तब कुल ऊर्जा है


 * $$G = 2\gamma + G_p$$

कहाँ पे $$\gamma$$ सतह ऊर्जा है और $$G_p$$ स्फोटन विकास के प्रति इकाई क्षेत्र में कृत्रिम अपव्यय (और अन्य स्रोतों से अपव्यय) है।

ग्रिफ़िथ की ऊर्जा कसौटी के संशोधित संस्करण को तब इस रूप में लिखा जा सकता है


 * $$\sigma_f\sqrt{a} = \sqrt{\cfrac{E~G}{\pi}}.$$

कांच जैसी भंगुर सामग्री के लिए, सतही ऊर्जा शब्द हावी है और $$G \approx 2\gamma = 2 \,\, \text{J/m}^2$$. स्टील जैसी नमनीय सामग्री के लिए, कृत्रिम अपव्यय शब्द हावी है और $$G \approx G_p = 1000 \,\, \text{J/m}^2$$. कांच के संक्रमण तापमान के करीब बहुलक के लिए, हमारे पास मध्यवर्ती मान हैं $$G$$ 2 और 1000 के बीच $$\text{J/m}^2$$.

दबाव तीव्रता कारक
इरविन और उनके सहयोगियों की एक और महत्वपूर्ण उपलब्धि एक रेखीय प्रत्यास्थ ठोस में स्फोटन के सामने के चारों ओर स्पर्शोन्मुख दबाव और विस्थापन क्षेत्रों के संदर्भ में विभंग के लिए उपलब्ध ऊर्जा की मात्रा की गणना करने की एक विधि का पता लगाना था। मोड I उद्भारण में दबाव क्षेत्र के लिए यह स्पर्शोन्मुख अभिव्यक्ति दबाव तीव्रता कारक से संबंधित है $$ K_I $$ निम्नलिखित:
 * $$\sigma_{ij} = \left(\cfrac{K_{I}}{\sqrt{2\pi r}}\right)~f_{ij}(\theta)$$

कहाँ पे $$ \sigma_{ij} $$ कॉची दबाव टेन्सर हैं, $$ r $$ स्फोटन अग्रभाग से दूरी है, $$ \theta $$ स्फोटन के तल के संबंध में कोण है, और $$ f_{ij} $$ वे कार्य हैं जो स्फोटन ज्यामिति और उद्भारण स्थितियों पर निर्भर करते हैं। इरविन ने मात्रा कहा $$ K $$ दबाव तीव्रता कारक मात्रा के बाद से $$ f_{ij} $$ आयाम रहित है, दबाव तीव्रता कारक की इकाइयों में व्यक्त किया जा सकता है $$\text{MPa}\sqrt{\text{m}}$$.

दबाव की तीव्रता ने दबाव ऊर्जा संपादित दर को बदल दिया और विभंग क्रूरता नामक एक शब्द ने सतह की कमजोरी ऊर्जा को बदल दिया। ये दोनों शब्द केवल ग्रिफ़िथ द्वारा उपयोग की जाने वाली ऊर्जा शर्तों से संबंधित हैं:


 * $$K_I = \sigma \sqrt{\pi a}\,$$

तथा

$$  K_c = \begin{cases} \sqrt{EG_c} & \text{for plane stress} \\ \\                    \sqrt{\cfrac{EG_c}{1-\nu^2}} & \text{for plane strain} \end{cases} $$ कहाँ पे $$K_I$$ विधा है $$ I $$ दबाव की तीव्रता, $$K_c$$ विभंग बेरहमी, और $$\nu$$ प्वासों का अनुपात है।

विभंग तब होता है जब $$K_I \geq K_c$$. विमान दबाव विरूपण के विशेष स्थिति के लिए, $$K_c$$ हो जाता है $$K_{Ic}$$ और एक भौतिक गुण माना जाता है। सबस्क्रिप्ट $$ I $$ दबाव तीव्रता कारक के कारण उत्पन्न होता है # विभिन्न तरीकों के लिए दबाव तीव्रता कारक। यह तथाकथित मोड को संदर्भित करता है $$ I $$मोड के विपरीत भार हो रहा है $$ II $$ या $$ III $$:

के लिए अभिव्यक्ति $$K_I$$ दबाव तीव्रता कारक पर लेख में चर्चा के अनुसार, केंद्र-स्फोटन वाली अनंत प्लेट के अलावा ज्यामिति के लिए अलग होगा। परिणामस्वरूप, एक आयाम रहित संख्या का परिचय देना आवश्यक है, $$ Y $$, ज्यामिति को चिह्नित करने के लिए। यह सुधार कारक, जिसे प्रायः ज्यामितीय आकार कारक के रूप में संदर्भित किया जाता है, अनुभवजन्य रूप से निर्धारित श्रृंखला द्वारा दिया जाता है और स्फोटन या पायदान के प्रकार और ज्यामिति के लिए होता है। इस प्रकार हमारे पास है:


 * $$K_I = Y \sigma \sqrt{\pi a}\,$$

कहाँ पे $$ Y $$ परिमित चौड़ाई की शीट के लिए दी गई शीट की स्फोटन की लंबाई और चौड़ाई का एक कार्य है $$ W $$ लंबाई की एक मोटी-मोटी स्फोटन युक्त $$ 2a $$, द्वारा:


 * $$Y \left ( \frac{a}{W} \right ) = \sqrt{\sec\left ( \frac{\pi a}{W} \right )}\,$$

दबाव ऊर्जा संपादित
इरविन पहले व्यक्ति थे जिन्होंने देखा कि यदि स्फोटन के चारों ओर कृत्रिम क्षेत्र का आकार स्फोटन के आकार की तुलना में छोटा है, तो स्फोटन को विकसित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा दबाव की स्थिति (कृत्रिम क्षेत्र) पर गंभीर रूप से निर्भर नहीं होगी। स्फोटन अग्रभाग। दूसरे शब्दों में, विभंग के लिए उपलब्ध ऊर्जा की मात्रा की गणना करने के लिए विशुद्ध रूप से प्रत्यास्थ समाधान का उपयोग किया जा सकता है।

स्फोटन वृद्धि या दबाव ऊर्जा संपादित दर के लिए ऊर्जा संपादित दर की गणना स्फोटन वृद्धि के प्रति यूनिट क्षेत्र में प्रत्यास्थ दबाव ऊर्जा में परिवर्तन के रूप में की जा सकती है, अर्थात।


 * $$G := \left[\cfrac{\partial U}{\partial a}\right]_P = -\left[\cfrac{\partial U}{\partial a}\right]_u$$

जहाँ U सिस्टम की प्रत्यास्थ ऊर्जा है और स्फोटन की लंबाई है। उपरोक्त व्यंजकों का मूल्यांकन करते समय या तो भार P या विस्थापन u स्थिर हैं।

इरविन ने दिखाया कि विभंग के लिए # स्फोटन सेपरेशन मोड्स (प्रस्फुटन मोड) स्ट्रेन एनर्जी संपादित दर और स्ट्रेस इंटेंसिटी फैक्टर इससे संबंधित हैं:

G = G_I = \begin{cases} \cfrac{K_I^2}{E} & \text{plane stress} \\ \cfrac{(1-\nu^2) K_I^2}{E} & \text{plane strain} \end{cases} $$ जहाँ E यंग का मापांक है, ν प्वासों का अनुपात है, और KI मोड I में दबाव तीव्रता कारक है। इरविन ने यह भी दिखाया कि रैखिक प्रत्यास्थ शरीर में एक प्लानर स्फोटन की दबाव ऊर्जा संपादित दर को मोड I, विभंग # स्फोटन पृथक्करण मोड (सर्पी मोड), और विभंग # के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है। सबसे सामान्य उद्भारण स्थितियों के लिए स्फोटन सेपरेशन मोड ( उद्धत मोड) स्ट्रेस इंटेंसिटी फैक्टर।

इसके बाद, इरविन ने अतिरिक्त धारणा को अपनाया कि भंगुर विभंग के समय ऊर्जा अपव्यय क्षेत्र का आकार और आकार लगभग स्थिर रहता है। यह धारणा बताती है कि एक यूनिट विभंग सतह बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा एक स्थिर है जो केवल सामग्री पर निर्भर करती है। इस नई भौतिक गुण को विभंग टफनेस नाम दिया गया और जी नामित किया गयाIc. आज, यह महत्वपूर्ण दबाव तीव्रता कारक K हैIc, समतल दबाव की स्थिति में पाया जाता है, जिसे रैखिक प्रत्यास्थ विभंग यांत्रिकी में परिभाषित गुण के रूप में स्वीकार किया जाता है।

स्फोटन अग्रभाग कृत्रिम क्षेत्र
सिद्धांत रूप में स्फोटन के अग्रभाग पर दबाव जहां त्रिज्या लगभग शून्य है, अनंत की ओर प्रवृत्त होगा। इसे एक दबावपूर्ण विलक्षणता माना जाएगा, जो वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में संभव नहीं है। इस कारण से, विभंग यांत्रिकी के क्षेत्र में संख्यात्मक अध्ययन में, स्फोटन-अग्रभाग विलक्षणता की जगह दबाव एकाग्रता के एक ज्यामिति निर्भर क्षेत्र के साथ, गोल अग्रभागदार पायदान (इंजीनियरिंग) के रूप में स्फोटनों का प्रतिनिधित्व करना प्रायः उचित होता है। वास्तविकता में, वास्तविक सामग्री के अंदर एक स्फोटन के अग्रभाग पर दबाव एकाग्रता एक परिमित मूल्य के लिए पाया गया है, लेकिन नमूने पर लागू नाममात्र दबाव से बड़ा है।

फिर भी, किसी प्रकार की तंत्र या सामग्री की गुण होनी चाहिए जो इस तरह की स्फोटन को अनायास फैलने से रोकती है। धारणा है, स्फोटन के अग्रभाग पर कृत्रिम की विकृति स्फोटन के अग्रभाग को प्रभावी रूप से कुंद कर देती है। यह विरूपण मुख्य रूप से लागू दिशा में लागू दबाव पर निर्भर करता है (ज्यादातर स्थितियों में, यह नियमित कार्टेशियन समन्वय प्रणाली की वाई-दिशा है), स्फोटन की लंबाई और नमूने की ज्यामिति। यह अनुमान लगाने के लिए कि यह कृत्रिम विरूपण क्षेत्र स्फोटन के अग्रभाग से कैसे बढ़ा, इरविन ने सामग्री की उपज शक्ति को स्फोटन (x दिशा) के साथ y-दिशा के दूर-क्षेत्र के दबावों के बराबर किया और प्रभावी त्रिज्या के लिए हल किया। इस संबंध से, और यह मानते हुए कि स्फोटन महत्वपूर्ण दबाव तीव्रता कारक से भरी हुई है, इरविन ने स्फोटन के अग्रभाग पर कृत्रिम विरूपण के क्षेत्र के आदर्श त्रिज्या के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति विकसित की:
 * $$r_p = \frac{K_{C}^2}{2\pi\sigma_Y^2}$$

आदर्श सामग्रियों के मॉडल ने दिखाया है कि पराप्रत्यास्थता का यह क्षेत्र स्फोटन के अग्रभाग पर केंद्रित है। यह समीकरण स्फोटन अग्रभाग से परे कृत्रिम क्षेत्र विरूपण का अनुमानित आदर्श त्रिज्या देता है, जो कई संरचनात्मक वैज्ञानिकों के लिए उपयोगी है क्योंकि यह एक अच्छा अनुमान देता है कि दबाव के अधीन होने पर सामग्री कैसे व्यवहार करती है। उपरोक्त समीकरण में, दबाव तीव्रता कारक के पैरामीटर और भौतिक क्रूरता के संकेतक, $$K_C$$, और उपज दबाव, $$\sigma_Y$$, महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे सामग्री और उसके गुणों के साथ-साथ कृत्रिम क्षेत्र के आकार के बारे में बहुत सी बातें बताते हैं। उदाहरण के लिए, यदि $$K_c$$ उच्च है, तो यह अनुमान लगाया जा सकता है कि सामग्री कठिन है, और यदि $$\sigma_Y$$ कम है, कोई जानता है कि सामग्री अधिक नमनीय है। कृत्रिम क्षेत्र की त्रिज्या के लिए इन दो मापदंडों का अनुपात महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, अगर $$\sigma_Y$$ छोटा है, तो का वर्ग अनुपात $$K_C$$ प्रति $$\sigma_Y$$ बड़ा है, जिसके परिणामस्वरूप एक बड़ा कृत्रिम त्रिज्या है। इसका तात्पर्य यह है कि सामग्री कृत्रिम रूप से विकृत हो सकती है, और इसलिए, कठिन है। स्फोटन के अग्रभाग से परे कृत्रिम क्षेत्र के आकार का यह अनुमान तब अधिक सटीक विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि स्फोटन की उपस्थिति में कोई सामग्री कैसे व्यवहार करेगी।

एकल घटना उद्भारण के लिए और चक्रीय उद्भारण के लिए ऊपर वर्णित एक ही प्रक्रिया भी लागू होती है। यदि एक नमूने में एक स्फोटन सम्मिलित है जो चक्रीय उद्भारण से गुजरती है, तो स्फोटन के अग्रभाग पर नमूना कृत्रिम रूप से ख़राब हो जाएगा और स्फोटन के विकास में देरी होगी। एक अधिभार या भ्रमण की स्थिति में, यह मॉडल पहले से अनुभव की गई सामग्री से दबाव में अचानक वृद्धि को समायोजित करने के लिए थोड़ा बदल जाता है। पर्याप्त रूप से उच्च भार (अधिभार) पर, स्फोटन उस कृत्रिम क्षेत्र से बाहर निकलती है जिसमें यह निहित था और मूल कृत्रिम विरूपण की जेब को पीछे छोड़ देता है। अब, यह मानते हुए कि नमूना को पूरी तरह से विभंग करने के लिए अधिभार दबाव पर्याप्त रूप से अधिक नहीं है, स्फोटन नई स्फोटन अग्रभाग के चारों ओर आगे कृत्रिम विरूपण से गुजरेगी, जिससे अवशिष्ट कृत्रिम दबाव का क्षेत्र बढ़ जाएगा। यह प्रक्रिया सामग्री के जीवन को और अधिक कठिन और लम्बा कर देती है क्योंकि नया कृत्रिम क्षेत्र सामान्य दबाव की स्थिति के मुकाबले बड़ा होता है। यह सामग्री को उद्भारण के अधिक चक्रों से गुजरने की स्वीकृति देता है। इस विचार को एल्युमीनियम के ग्राफ़ द्वारा और अधिक स्पष्ट किया जा सकता है, जिसमें अधिक भारक घटनाओं से गुजरने वाले केंद्र में स्फोटन है।

सीमाएं
लेकिन एनआरएल शोधकर्ताओं के लिए एक समस्या उत्पन्न हुई क्योंकि नौसैनिक सामग्री, जैसे, जहाज-प्लेट स्टील, पूरी तरह से प्रत्यास्थ नहीं हैं, लेकिन एक स्फोटन के अग्रभाग पर महत्वपूर्ण कृत्रिम विरूपण से गुजरती हैं। इरविन के रैखिक प्रत्यास्थ विभंग यांत्रिकी में एक बुनियादी धारणा छोटे पैमाने पर उपज है, यह स्थिति है कि स्फोटन की लंबाई की तुलना में कृत्रिम क्षेत्र का आकार छोटा है। हालांकि, संरचनात्मक स्टील्स में कुछ प्रकार की विफलताओं के लिए यह धारणा काफी प्रतिबंधात्मक है, हालांकि इस तरह के स्टील्स भंगुर विभंग के लिए प्रवण हो सकते हैं, जिसके कारण कई भयावह विफलताएं हुई हैं।

रैखिक-प्रत्यास्थ विभंग यांत्रिकी संरचनात्मक स्टील्स के लिए सीमित व्यावहारिक उपयोग है और विभंग क्रूरता परीक्षण महंगा हो सकता है।

प्रत्यास्थ-कृत्रिम विभंग यांत्रिकी
अधिकांश इंजीनियरिंग सामग्री ऑपदरिंग परिस्थितियों में कुछ गैर-रेखीय प्रत्यास्थ और अयोग्य व्यवहार दिखाती है जिसमें बड़े भार सम्मिलित होते हैं। ऐसी सामग्रियों में रैखिक प्रत्यास्थ विभंग यांत्रिकी की धारणा नहीं हो सकती है, अर्थात
 * स्फोटन अग्रभाग पर कृत्रिम क्षेत्र में स्फोटन के आकार के परिमाण के समान क्रम का आकार हो सकता है
 * कृत्रिम क्षेत्र का आकार और आकार बदल सकता है क्योंकि लागू भार बढ़ जाता है और स्फोटन की लंबाई भी बढ़ जाती है।

इसलिए, प्रत्यास्थ-कृत्रिम सामग्री के लिए स्फोटन वृद्धि का एक अधिक सामान्य सिद्धांत आवश्यक है जो इसके लिए अधीन हो सकता है:
 * प्रारंभिक स्फोटन वृद्धि के लिए स्थानीय परिस्थितियां जिसमें स्फोटन के अग्रभाग पर न्यूक्लिएशन, विकास और विओड्स (डीकोहेशन) का सहसंयोजन सम्मिलित है।
 * आगे की स्फोटन वृद्धि और अस्थिर विभंग के लिए एक वैश्विक ऊर्जा संतुलन मानदंड।

सीटीओडी
ऐतिहासिक रूप से, इलास्टो-कृत्रिम क्षेत्र में विभंग की कठोरता के निर्धारण के लिए पहला पैरामीटर स्फोटन अग्रभाग प्रस्फुटन डिसप्लेसमेंट (CTOD) या स्फोटन के शीर्ष पर खुलने का संकेत था। यह पैरामीटर वेल्स द्वारा संरचनात्मक स्टील्स के अध्ययन के समय निर्धारित किया गया था, जो उच्च क्रूरता के कारण रैखिक प्रत्यास्थ विभंग यांत्रिकी मॉडल के साथ विशेषता नहीं हो सका। उन्होंने नोट किया कि विभंग होने से पहले, स्फोटन की दीवारें निकल रही थीं और यह कि स्फोटन के अग्रभाग, विभंग के बाद, कृत्रिम विरूपण के कारण तीव्र से गोलाकार हो गई। इसके अलावा, बेहतर बेरहमी के साथ स्टील्स में स्फोटन अग्रभाग की गोलाई अधिक स्पष्ट थी।

CTOD की कई वैकल्पिक परिभाषाएँ हैं। दो सबसे सामान्य परिभाषाओं में, CTOD मूल स्फोटन अग्रभाग और 90 डिग्री इंटरसेप्ट पर विस्थापन है। बाद की परिभाषा चावल द्वारा सुझाई गई थी और सामान्यतः इस तरह के परिमित तत्व मॉडल में CTOD का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। ध्यान दें कि ये दो परिभाषाएँ समतुल्य हैं यदि स्फोटन अग्रभाग अर्धवृत्त में कुंद हो।

सीटीओडी के अधिकांश प्रयोगशाला माप तीन-बिंदु झुकने में भार किए गए किनारे-स्फोटन वाले नमूनों पर किए गए हैं। प्रारंभिक प्रयोगों में चप्पू के आकार के चपटे गेज का उपयोग किया गया था जिसे स्फोटन में डाला गया था; जैसे ही स्फोटन खुली, पैडल गेज घुमाया गया, और एक इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल एक एक्स-वाई प्लॉटर को भेजा गया। हालाँकि, यह तरीका गलत था, क्योंकि पैडल गेज के साथ स्फोटन के अग्रभाग तक पहुँचना मुश्किल था। आज, स्फोटन मुंह पर विस्थापन V को मापा जाता है, और CTOD का अनुमान यह मानकर लगाया जाता है कि नमूना आधा कठोर है और हिंज बिंदु (स्फोटन अग्रभाग) के बारे में घूमता है।

आर-वक्र
प्रत्यास्थ-कृत्रिम विभंग यांत्रिकी की दिशा में एक प्रारंभिक प्रयास जी.आर. इरविन | इरविन का स्फोटन विस्तार प्रतिरोध वक्र, स्फोटन विकास प्रतिरोध वक्र या आर-वक्र था। यह वक्र इस तथ्य को स्वीकार करता है कि प्रत्यास्थ-कृत्रिम सामग्री में स्फोटन के बढ़ते आकार के साथ विभंग का प्रतिरोध बढ़ता है। आर-वक्र स्फोटन के आकार के एक कार्य के रूप में कुल ऊर्जा अपव्यय दर का एक प्लॉट है और इसका उपयोग धीमी स्थिर स्फोटन वृद्धि और अस्थिर विभंग की प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए किया जा सकता है। हालांकि, 1970 के दशक की प्रारंभ तक अनुप्रयोगों में आर-वक्र का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया था। मुख्य कारण यह प्रतीत होता है कि आर-वक्र नमूने की ज्यामिति पर निर्भर करता है और स्फोटन ड्राइविंग बल की गणना करना मुश्किल हो सकता है।

जे-एकीकृत
1960 के दशक के मध्य में जेम्स आर. राइस (तब ब्राउन विश्वविद्यालय में) और जी.पी. चेरेपोनोव ने स्वतंत्र रूप से उस स्थिति का वर्णन करने के लिए एक नया बेरहमी उपाय विकसित किया था जहां पर्याप्त स्फोटन-अग्रभाग विरूपण है कि हिस्सा अब रैखिक-प्रत्यास्थ सन्निकटन का पालन नहीं करता है। चावल का विश्लेषण, जो स्फोटन अग्रभाग के आगे गैर-रैखिक प्रत्यास्थ (या मोनोटोनिक विरूपण सिद्धांत कृत्रिम) विरूपण को मानता है, को जे-एकीकृत नामित किया गया है। यह विश्लेषण उन स्थितियों तक सीमित है जहां स्फोटन के अग्रभाग पर कृत्रिम विरूपण भार किए गए हिस्से के सबसे दूर के किनारे तक नहीं फैलता है। यह यह भी मांग करता है कि सामग्री का अनुमानित गैर-रैखिक प्रत्यास्थ व्यवहार वास्तविक सामग्री के भार प्रतिक्रिया के आकार और परिमाण में एक उचित अनुमान है। प्रत्यास्थ-कृत्रिम विफलता पैरामीटर को जे नामित किया गया हैIc और पारंपरिक रूप से K में परिवर्तित हो जाता हैIc नीचे दिए गए समीकरण का उपयोग करके। यह भी ध्यान दें कि रैखिक-प्रत्यास्थ व्यवहार के लिए जे एकीकृत प्रस्ताव ग्रिफिथ सिद्धांत को कम करता है।

जे-एकीकृत की गणितीय परिभाषा इस प्रकार है:

J= \int_\Gamma( w \,dy - T_i \frac{\partial u_i}{\partial x}\,ds) \quad \text{with} \quad w=\int^{\varepsilon_{ij}}_0 \sigma_{ij} \,d\varepsilon_{ij} $$ कहाँ पे
 * $$\Gamma$$ स्फोटन के शीर्ष के चारों ओर एक अनियन्त्रित पथ दक्षिणावर्त है,
 * $$w$$ दबाव ऊर्जा का घनत्व है,
 * $$T_i$$ कर्षण के वैक्टर के घटक हैं,
 * $$u_i$$ विस्थापन वैक्टर के घटक हैं,
 * $$ds$$ पथ के साथ एक वृद्धिशील लंबाई है $$\Gamma$$, तथा
 * $$\sigma_{ij}$$ तथा $$\varepsilon_{ij}$$ दबाव और दबाव टेंसर हैं।

चूँकि इंजीनियर K का उपयोग करने के आदी हो गए थेIc विभंग बेरहमी को चिह्नित करने के लिए, जे को कम करने के लिए एक संबंध का उपयोग किया गया हैIc इसे:
 * $$K_{Ic} = \sqrt{E^* J_{Ic}}\,$$ कहाँ पे $$E^* = E$$ विमान दबाव के लिए और $$E^* = \frac{E}{1 - \nu^2}$$ विमान दबाव के लिए।

जोड़नेवाला क्षेत्र मॉडल
जब एक स्फोटन अग्रभाग के आसपास एक महत्वपूर्ण क्षेत्र कृत्रिम विरूपण से गुजरा है, तो स्फोटन के आगे विस्तार की संभावना और स्फोटन के विकास और शाखाकरण की दिशा निर्धारित करने के लिए अन्य तरीकों का उपयोग किया जा सकता है। एक सरल तकनीक जिसे आसानी से संख्यात्मक गणनाओं में सम्मिलित किया जाता है, वह कोसिव क्षेत्र मॉडल विधि है जो G. I. Barenblatt द्वारा स्वतंत्र रूप से प्रस्तावित अवधारणाओं पर आधारित है। और डगडेल 1960 के दशक की प्रारंभ में। डगडेल-बैरेनब्लैट मॉडल और ग्रिफ़िथ के सिद्धांत के बीच संबंध पर पहली बार 1967 में जॉन आर. विलिस द्वारा चर्चा की गई थी। 1968 में जेम्स आर राइस द्वारा भंगुर अस्थिभंग के संदर्भ में दो प्रस्तावों की समानता को दिखाया गया था।

संक्रमण दोष का आकार
किसी सामग्री की उपज शक्ति होने दें $$\sigma_Y$$ और मोड I में एक विभंग बेरहमी $$K_{Ic}$$. विभंग यांत्रिकी के आधार पर, सामग्री दबाव में विफल हो जाएगी $$\sigma_\text{fail}=K_{Ic}/\sqrt{\pi a}$$. पराप्रत्यास्थता के आधार पर, सामग्री कब निकलेगी $$\sigma_{fail}=\sigma_Y$$. ये वक्र जब प्रतिच्छेद करते हैं $$a=K_{Ic}^2/\pi\sigma_Y^2$$. का यह मान $$a$$ संक्रमण दोष आकार कहा जाता है $$ a_t$$।, और संरचना के भौतिक गुणों पर निर्भर करता है। जब $$aa_t $$ विफलता विभंग यांत्रिकी द्वारा नियंत्रित होती है। का मूल्य $$a_t$$ इंजीनियरिंग मिश्र धातुओं के लिए 100 मिमी और सिरेमिक के लिए 0.001 मिमी है। यदि हम मानते हैं कि निर्माण प्रक्रियाएं माइक्रोमीटर के क्रम में दोषों को जन्म दे सकती हैं, तो यह देखा जा सकता है कि सिरेमिक के विभंग द्वारा विफल होने की अधिक संभावना है, जबकि इंजीनियरिंग मिश्र धातु कृत्रिम विरूपण से विफल हो जाएगी।

यह भी देखें

 * - विभंग यांत्रिकी और थकान स्फोटन वृद्धि विश्लेषण सॉफ्टवेयर
 * *, निरंतरता यांत्रिकी का एक सूत्रीकरण जो विरूपता के साथ विकृतियों की ओर उन्मुख है, विशेष रूप से विभंग
 * *, निरंतरता यांत्रिकी का एक सूत्रीकरण जो विरूपता के साथ विकृतियों की ओर उन्मुख है, विशेष रूप से विभंग
 * *, निरंतरता यांत्रिकी का एक सूत्रीकरण जो विरूपता के साथ विकृतियों की ओर उन्मुख है, विशेष रूप से विभंग
 * *, निरंतरता यांत्रिकी का एक सूत्रीकरण जो विरूपता के साथ विकृतियों की ओर उन्मुख है, विशेष रूप से विभंग
 * *, निरंतरता यांत्रिकी का एक सूत्रीकरण जो विरूपता के साथ विकृतियों की ओर उन्मुख है, विशेष रूप से विभंग

अग्रिम पठन

 * Buckley, C.P. "Material Failure", Lecture Notes (2005), University of Oxford.
 * Davidge, R.W., Mechanical Behavior of Ceramics, Cambridge Solid State Science Series, (1979)
 * Demaid, Adrian, Fail Safe, Open University (2004)
 * Green, D., An Introduction to the Mechanical Properties of Ceramics, Cambridge Solid State Science Series, Eds. Clarke, D.R., Suresh, S., Ward, I.M. (1998)
 * Lawn, B.R., Fracture of Brittle Solids, Cambridge Solid State Science Series, 2nd Edn. (1993)
 * Farahmand, B., Bockrath, G., and Glassco, J. (1997) Fatigue and Fracture Mechanics of High-Risk Parts, Chapman & Hall. ISBN 978-0-412-12991-9.
 * Chen, X., Mai, Y.-W., Fracture Mechanics of Electromagnetic Materials: Nonlinear Field Theory and Applications, Imperial College Press, (2012)
 * A.N. Gent, W.V. Mars, In: James E. Mark, Burak Erman and Mike Roland, Editor(s), Chapter 10 – Strength of Elastomers, The Science and Technology of Rubber, Fourth edition, Academic Press, Boston, 2013, pp. 473–516, ISBN 9780123945846, 10.1016/B978-0-12-394584-6.00010-8
 * Zehnder, Alan. Fracture Mechanics, SpringerLink, (2012).

इस पेज में लापता आंतरिक लिंक की सूची

 * दबाव जंग खुर
 * अपरूपण दबाव
 * अस्थिभंग बेरहमी
 * क्षति सहनशीलता
 * सतही ऊर्जा
 * प्रत्यास्थ विकृति
 * प्लेन स्ट्रेन
 * शीतल सामग्री का विभंग
 * नमनीय
 * नाज़ुक
 * कांच का अवस्थांतर
 * नाजुक भंग
 * कृत्रिम विकृत करना

बाहरी संबंध

 * Nonlinear Fracture Mechanics Notes by Prof. John Hutchinson, Harvard University
 * Notes on Fracture of Thin Films and Multilayers by Prof. John Hutchinson, Harvard University
 * Fracture Mechanics by Piet Schreurs, TU Eindhoven, The Netherlands