Vermoeiingsscheuren en hun bestrijding
Het uiteindelijke succes van een onderdeel of constructie tijdens gebruik hangt niet alleen af van de ontwerper, maar hangt nauw samen met een keten die bestaat uit tekenaars, bankwerkers, monteurs, fabrikanten, metallurgen, inspecteurs, bedienings-, onderhouds- en servicemensen. Eenieder uit deze keten kan hetzij door onwetendheid, hetzij door nalatigheid omstandigheden creëren, waaronder een vermoeiingsscheur kan ontstaan.
De theorie van Griffith
Geen enkele technische constructie is vrij van scheurtjes, krassen, putjes en andere defecten. Aan het oppervlak van schepen, bruggen en vliegtuigvleugels komen allerlei oneffenheden voor, waarbij de plaatselijke spanning ver boven de officiële breuksterkte kan liggen.
Hoe en waarom in het algemeen toch veilig gebruik kan worden gemaakt van dergelijke ‘beschadigde’ constructies is uiteengezet door A.A. Griffith. Griffith benaderde het probleem via het energiebeginsel en week daarmee af van wat men gewoon was te doen: namelijk de benadering via krachten en spanningen. Niet alleen was zijn benadering nieuw in die tijd (1920), maar ook vreemd in het denken van ingenieurs en constructeurs.
De theorie van Griffith zegt dat spanningsconcentraties slechts een mechanisme vormen voor de omzetting van
vervormingsenergie in breukenergie. Breuk gaat gepaard met het van elkaar lostrekken van atomen. Om dit blijvend te kunnen doen zodat er een scheur ontstaat die zich ook uitbreidt moet er voortdurend vervormingsenergie worden toegevoerd. Als de voorraad vervormingsenergie is uitgeput, stopt de scheurvorming.
Veronderstel een stuk elastisch materiaal dat wordt uitgerekt en in die toestand aan beide uiteinden wordt vastgeklemd. Er is dan sprake van een gesloten systeem met daarin een bepaalde hoeveelheid vervormingsenergie. Wil er door dit onder spanning staande materiaal een scheur gaan lopen, dan moet de hiervoor te verrichten arbeid worden gehaald uit de aanwezige energie. De vereiste hoeveelheid energie neemt recht...