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파괴 역학과 피로

강과 같이 연성이 있는 금속에서 균열이 진전하는 데 필요한 에너지(임계 에너지 해방률 G_c)는 표면 에너지로부터 추정한 2γs(수 J/m² 정도)보다 자릿수가 다를 만큼 크다. 주된 이유는 무엇인가?

  1. A균열 선단에서 소성 변형이 일어나, 그 소성 일로 많은 에너지가 소비되기 때문
  2. B금속의 표면 에너지가 세라믹스의 수천 배나 크기 때문
  3. C금속에는 균열이 거의 없어, 그리피스의 생각이 들어맞지 않기 때문
정답과 해설 보기

정답: A. 균열 선단에서 소성 변형이 일어나, 그 소성 일로 많은 에너지가 소비되기 때문

오로완과 어윈은 그리피스의 생각을 금속으로 확장하여, 균열이 진전하는 데 필요한 에너지를 G_c = 2γs + γp로 나타냈습니다. γp는 균열 선단의 소성 영역에서 소비되는 소성 일로, 연성이 있는 강에서는 10⁴ J/m²를 넘어 2γs보다 훨씬 커집니다. 금속의 표면 에너지는 대략 1~3 J/m²로, 세라믹스와 자릿수가 달라질 만큼의 차이는 없습니다. 금속에도 개재물이나 균열이 있으며, 그리피스의 에너지 수지는 소성 일을 더한 형태로 그대로 토대로 사용되고 있습니다. 유리처럼 소성 변형이 잘 일어나지 않는 재료에서는 G_c가 2γs와 같은 자릿수의 작은 값이 됩니다.

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