Crack propagation at supersonic velocities

Abstract

A theoretical model for laser-induced supersonic cracks in crystals with weak cleavage planes is developed. The crack is pictured as being driven by a laser-induced expanding plasma. The theory predicts the crack length-time history to be expected for a given energy-time input curve. The conditions for laser-induced supersonic crack production are seen to be a large input energy relative to fracture energy, a short loading time, and a weak fracture plane. The theoretical calculations are in rough agreement with experimental observations.

Zusammenfassung

Es wird eine Theorie aufgestellt, nach der laserinduzierte Brüche, die mit Überschallgeschwindigkeit in Kristallebenen leichter Spaltbarkeit laufen, beschrieben werden sollen. Dabei wird angenommen, daB der Bruch durch ein sich ausdehnendes Plasma—hervorgerufen durch den Laserstrahl—vorangetrieben wird. Die Abhängigkeit der Rißlange von der Zeit wird für eine bekannte Energie-Zeit Kurve angegeben. Die Bedingungen für die Erzeugung von laserinduzierten “Überschallbrüchen” sind: eine große Anfangsenergie, eine kurze Belastungszeit und eine schwache Spaltebene. Die theoretischen Berechnungen stimmen größenordnungsmäßig mit den experimentellen Ergebnissen überein.