Fissuras de tração (estrutura)
Introdução
Em geral
Uma concentração de tensão (também chamada de concentrador de tensão) é um local dentro de um sólido elástico onde a tensão local é significativamente maior que a carga nominal aplicada. Um objeto é mais forte quando a força é distribuída uniformemente pela sua área, de modo que uma redução na área efetiva, por exemplo causada por uma fissura, leva a um aumento da tensão perto do limite do referido defeito (em comparação com a situação em que o referido defeito não existia). Um material pode falhar por propagação de fissuras quando uma concentração de tensão excede o limite do material, mesmo que a tensão média esteja abaixo do limite de resistência.
A resistência real à fratura de um material é sempre inferior ao valor teórico precisamente porque a maioria dos elementos resistentes contém pequenas fissuras ou impurezas que criam um concentrador de tensão. As trincas por fadiga sempre começam como concentradores de tensão, portanto a eliminação desses defeitos aumenta a resistência à fadiga.
Causas
Descontinuidades geométricas ou falta de suavidade em uma geometria atuam como concentradores de tensão. Fissuras, cantos vivos, buracos e mudanças na seção transversal são exemplos de concentradores de tensão. Altas tensões locais podem produzir falha precoce de um elemento resistente, por isso os engenheiros projetam geometrias para minimizar a concentração de tensão.
Prevenção
Uma medida para prevenir os piores tipos de concentradores, as fissuras, é fazer um furo grande no final da fissura. Essa medida pode parecer contra-intuitiva, mas na verdade a estrutura interna da parte compacta dos ossos possui ósteons que podem cumprir essa função. A medida funciona porque o raio de curvatura do concentrador de tensão na verdade se torna maior, já que a ponta de uma trinca é um defeito mais acentuado que um furo. Assim, o furo perfurado, com seu diâmetro maior, possui uma menor concentração de tensões associadas a ele do que a extremidade afiada da trinca.
É importante verificar sistematicamente a existência de concentradores de tensões associados às fissuras. Existe um comprimento crítico da fissura, de modo que se este valor for excedido, a fissura continua a crescer até ocorrer uma falha catastrófica. Uma vez que a fissura excede o comprimento crítico, nenhum aumento adicional de tensão é necessário para fazer com que a fissura continue a crescer, de modo que a fissura continua a crescer até a falha completa. A teoria de Griffith dentro da mecânica da fratura serve para explicar por que existe um comprimento de fratura crítico.