에너지 해방률의 뜻
균열이 단위 면적만큼 진전할 때 해방되는 탄성 에너지. G로 나타내며, 평면 응력에서는 G = K²/E. 임계값 G_c에 도달하면 균열이 진전한다.
일본어 명칭: エネルギー解放率
‘에너지 해방률’ 관련 연습 문제는 1개 분야에 1문제가 있습니다(파괴 역학과 피로 등).
이 용어의 분야: 파괴 역학과 피로
에너지 해방률 연습 문제에 도전
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?
- A균열 선단에서 소성 변형이 일어나, 그 소성 일로 많은 에너지가 소비되기 때문
- B금속의 표면 에너지가 세라믹스의 수천 배나 크기 때문
- 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.