Las fracturas supersónicas son fracturas en las que la velocidad de propagación de la fractura es mayor que la velocidad del sonido en el material. Este fenómeno fue descubierto por primera vez por científicos del Instituto Max Planck para la Investigación de Metales en Stuttgart ( Markus J. Buehler y Huajian Gao ) y del Centro de Investigación IBM Almaden en San José, California ( Farid F. Abraham ). [1]
Las cuestiones de fractura intersónica y supersónica se convierten en la frontera de la mecánica de fracturas dinámicas . El trabajo de Burridge inició la exploración del crecimiento de grietas intersónicas (cuando la velocidad de la punta de la grieta V está entre la velocidad de onda de cizallamiento C^8 y la velocidad de onda longitudinal C^1. [2]
La fractura supersónica era un fenómeno totalmente inexplicable por las teorías clásicas de fractura. Las simulaciones de dinámica molecular realizadas por el grupo de Abraham y Gao han demostrado la existencia de grietas intersónicas de modo I y supersónicas de modo II. Esto motivó un análisis de mecánica de medios continuos de grietas supersónicas de modo III por parte de Yang. Los recientes avances en la comprensión teórica de la hiperelasticidad en la fractura dinámica han demostrado que la propagación de grietas supersónicas solo puede entenderse introduciendo una nueva escala de longitud, llamada χ; que gobierna el proceso de transporte de energía cerca de la punta de una grieta. La dinámica de la grieta está completamente dominada por las propiedades del material dentro de una zona que rodea la punta de la grieta con un tamaño característico igual a χ. Cuando el material dentro de esta zona característica se endurece debido a las propiedades hiperelásticas, las grietas se propagan más rápido que la velocidad de onda longitudinal. El grupo de investigación de Gao ha utilizado este concepto para simular el problema de Broberg de propagación de grietas dentro de una tira rígida incrustada en una matriz elástica blanda. Estas simulaciones confirmaron la existencia de una longitud característica de energía. Este estudio también tuvo implicaciones para la propagación dinámica de grietas en materiales compuestos. Si el tamaño característico de la microestructura compuesta es mayor que la longitud característica de energía, χ; los modelos que homogeneizan los materiales en un continuo efectivo estarían en un error significativo. Surge el desafío de diseñar experimentos y simulaciones interpretativas para verificar la longitud característica de energía. La confirmación del concepto debe buscarse en la comparación de experimentos sobre grietas supersónicas y las predicciones de las simulaciones y análisis. Si bien mucho entusiasmo se centra, con razón, en la actividad relativamente nueva relacionada con el agrietamiento intersónico, queda una posibilidad antigua pero interesante por incorporar en el trabajo moderno: para una interfaz entre materiales elásticamente diferentes, se ha predicho una propagación de grietas que es subsónica pero excede la velocidad de onda de Rayleigh para al menos algunas combinaciones de las propiedades elásticas de los dos materiales.