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Nenne die Stadien des Bruchvorgangs!
- Rissbildung
- => Risserweiterung
- => stabil => Rissstopp
- => instabil => Rissauffang oder Versagen (durch Sprödbruch, Zähbruch, plast. Kollaps)
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In welche 4 Schritte unterteilt sich die bruchmechanische Bewertung?
- Eingangsgrößenermittlung
- Modellbildung
- Berechnung
- Nachweis
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Nenne 3 Eingangsgrößen der bruchmechanischen Bewertung!
- Fehlerzustand
- Beanspruchungszustand
- Werkstoffzustand
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Nenne bruchmechanische Berechnungs- und Bewertungskonzepte!
- Linear-elastische Bruchmechanik (LEBM)
- Linear-elastische Bruchmechanik mit Kleinbereichsfließen
- Elastisch-plastische Bruchmechanik oder Fließbruchmechanik (EPBM)
- Allg. Fließen => Plastizitätstheorie
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Was beschreibt die Linear-elastische Bruchmechanik (LEBM)? Wann anwendbar? Beanspruchungsparameter?
- Anwendbar, wenn die plastische Zone vor der Rissspitze rpl klein gegenüber der Risslänge a und den Bauteilabmessungen l ist (rpl << a, l)
- Beanspruchungsparameter: Spannungsintensitätsfaktor K
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Was beschreibt die Linear-elastische Bruchmechanik mit Kleinbereichsfließen? Wann anwendbar? Beanspruchungsparameter?
- Anwendbar, wenn es vor der Rissspitze in einem begrenztem Bereich zur plastischen Verformung kommt
- Beanspruchungsparameter: effektiver Spannungsintensitätsfaktor Keff
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Was beschreibt die Elastisch-plastische Bruchmechanik oder Fließbruchmechanik (EPBM)? Wann anwendbar? Beanspruchungsparameter?
- Muss angewendet werden, wenn die Voraussetzungen zur Anwendung der LEBM nicht gewährleistet sind
- Beinhaltet als Grenzfall die LEBM
- Beanspruchungsparameter: J-Integral, Rissöffnungsverschiebung (CTOD) δ
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Wie verhält sich die Beanspruchung eines linear elastischen Materials bei einem Riss und einer Kerbe?
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Was ist der Spannungsintensitätsfaktor?
- Für endliche Bauteilabmessungen ändert sich bei der LEBM die prinzipielle Abhängigkeit der Spannungs- und Verformungskomponenten von r und ϕ nicht
- Spannungsintensitätsfaktor als Beanspruchungsfaktor:
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Welche Rissuferverschiebungen, Rissöffnungsarten, Rissöffnungsmoden lassen sich unterscheiden?
- Modus 1 (einfache Rissöffnung): häufigster praktischer Rissöffnungsmodus, Zugspannung führt zum symmetrischen Abheben der Rissufer
- Modus 2 (Gleitmodus): ebener Schub bewirkt Abgleiten der Rissufer in der Rissebene
- Modus 3 (Reißmodus): nichtebener Schub führt zu einer Verschiebung der Rissufer quer zur Rissrichtung
- Mixed Mode: gleichzeitiges Auftreten verschiedener Rissöffnungsarten
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Nenne Risstypen!
- Durchrisse
- Oberflächenrisse
- Innenrisse
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Wie lautet das Versagenskriterium der LEBM
- Versagen im Anwendungsbereich der LEBM bedeutet immer Bruch des Bauteils (Sprödbruch)
- auftretende Beanspruchung > kritischer Werkstoffkennwert (Beanspruchbarkeit)
- Beanspruchungskenngröße > Werkstoffkenngröße
- KIC – Kritischer Spannungsintensitätfaktor ≙ Bruchzähigkeit
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Was besagt KIc?
Wann verwendet?
- Bruchzähigkeit bei Vorliegen eines ebenen Dehnungszustandes(EDZ)
- bei sprödem Werkstoffverhalten maßgebende Werkstoffkenngröße
- charakterisiert den Werkstoffwiderstand gegen instabile Risserweiterung (Bruch)
- (stabile Risserweiterung ist vernachlässigbar)
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Was besagt das Rissmodell nach Irwin?
- effektive aeff = a + rplrpl – Radius der plastischen Zone
- effektiver Spannungsintensitätsfaktor:
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Beschreibe die Stadien des duktilen Bruchvorgangs!
- Entstehen der Stretch-Zone
- Entstehen von Hohlräumen vor der Rissspitze
- Zusammenwachsen der Hohlräume Risseinleitung
- Bildung der Stretchzone abgeschlossen
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- SZWc: kritische Stretch-Zonenbreite
- SZHc: kritische Stretch-Zonenhöhe
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Durch welches Modell wird die EPBM beschrieben?
Was wird berechnet?
- Rissmodell nach Dugdale
- Rissöffnung δ
- Fließspannung σF
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Was bedeutet Versagen im Bereich der EPBM?
- Versagen im Anwendungsbereich der elastisch plastischen Bruchmechanik kann bedeuten:
- Rissinitiierung δ≥δi oder δ0.2
- Rissinstabilität δ≥δ(Δa)
- δi: wahre Initiierungsrissöffnung
- δ0.2: technische Initiierungsrissöffnung Werkstoffkenngrößen bei duktilem Werkstoffverhalten charakterisiert den Werkstoffwiderstand gegen den Beginn stabiler Risserweiterung [mm]
- δ(Δa): Rissöffnung bei Auftreten eines bestimmten Betrages der stabilen Risserweiterung [mm]
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Wovon ist δ abhängig?
- Bauteil- und Rissgeometrie
- Beanspruchung
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Was ist das J-Integral-Konzept?
Näherungslösung?
- Energiebetrachtung am wachsenden Makroriss
- B: Proben- bzw. Bauteildicke
- U: Fläche unter der Kraft-Verschiebungs-Kurve
- η: Korrekturfaktor
- W-a: Größe des Ligaments vor dem Riss
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Wie lautet das Versagenskriterium der elastisch-plastischen Bruchmechanik?
- Rissinitiierung: J≥ Ji oder J0.2
- Rissinstabilität: J≥ J(Δa)
- Ji: wahre Initiierungsrisszähigkeit (im Maß von J)
- J0,2: technische Initiierungsrisszähigkeit Werkstoffkenngrößen bei duktilem Werkstoffverhalten charakterisiert den Werkstoffwiderstand gegen den Beginn stabiler Risserweiterung [N/mm oder kJ/m2]
- J(Δa): Wert J Integrals bei Auftreten eines bestimmten Betrages der stabilen Risserweiterung [N/mm oder kJ/m2]
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Nenne 3 Probenformen zur Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte!
- Biegeprobe (SE(B))
- Kompakt-Zugprobe (C(T))
- Rund-Kompakt-Zugprobe (DC(T))
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Wie ist das Risszähigkeits-Temperatur-Verhalten für ferritische, bainitische und martensitische Stähle?
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Wie können Risszähigkeiten in erster Näherung ermittelt werden?
Korrealtionen zur Kerbschlagarbeit verwendet
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Nenne 2 Konzepte für das Versagen von Bauteilen mit Rissenbei ausgeprägtem plastischen Fließen!
- Instabile Risserweiterung => Zähbruch
- Instabilität durch Erreichen der Traglast => Plastischer Kollaps
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Was besagt der Kollapskennwert?
Berechnung je nach Werkstoffverhalten?
- Maximale Traglast erreicht wenn überall im Querschnitt Kollapsspannung σKollaps auftritt
- idealplastischen Werkstoffverhalten: σKollaps=Re
- In der Praxis:
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Wie werden Bauteile mit Rissen unter statischer Beanspruchung bewertet?
Versagens-Bewertungs-Diagramm (FAD)
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Wie sieht ein FAD-Diagramm aus?
Wo sind die sicheren und wo die unsicheren Bereiche?
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