WBF Kapitel 9.txt

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  1. Nenne die Stadien des Bruchvorgangs!
    • Rissbildung
    • => Risserweiterung
    • => stabil => Rissstopp
    • => instabil => Rissauffang oder Versagen (durch Sprödbruch, Zähbruch, plast. Kollaps)
  2. In welche 4 Schritte unterteilt sich die bruchmechanische Bewertung?
    • Eingangsgrößenermittlung
    • Modellbildung
    • Berechnung
    • Nachweis
  3. Nenne 3 Eingangsgrößen der bruchmechanischen Bewertung!
    • Fehlerzustand
    • Beanspruchungszustand
    • Werkstoffzustand
  4. Nenne bruchmechanische Berechnungs- und Bewertungskonzepte!
    • Linear-elastische Bruchmechanik (LEBM)
    • Linear-elastische Bruchmechanik mit Kleinbereichsfließen
    • Elastisch-plastische Bruchmechanik oder Fließbruchmechanik (EPBM)
    • Allg. Fließen => Plastizitätstheorie
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. Wie verhält sich die Beanspruchung eines linear elastischen Materials bei einem Riss und einer Kerbe?
    • Image Upload 1
    • Image Upload 2
  9. 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:
    • Image Upload 3
  10. 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
    • Image Upload 4
  11. Nenne Risstypen!
    • Durchrisse
    • Oberflächenrisse
    • Innenrisse
  12. Wie lautet das Versagenskriterium der LEBM
    • Versagen im Anwendungsbereich der LEBM bedeutet immer Bruch des Bauteils (Sprödbruch)
    • auftretende Beanspruchung > kritischer Werkstoffkennwert (Beanspruchbarkeit)
    • Beanspruchungskenngröße > Werkstoffkenngröße
    • Image Upload 5
    • KIC – Kritischer Spannungsintensitätfaktor ≙ Bruchzähigkeit
  13. 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)
  14. Was besagt das Rissmodell nach Irwin?
    • effektive aeff = a + rpl
    • rpl – Radius der plastischen Zone
    • effektiver Spannungsintensitätsfaktor: Image Upload 6
  15. Beschreibe die Stadien des duktilen Bruchvorgangs!
    • Entstehen der Stretch-Zone
    • Entstehen von Hohlräumen vor der Rissspitze
    • Zusammenwachsen der Hohlräume Risseinleitung
    • Bildung der Stretchzone abgeschlossen
  16. Image Upload 7
    • Image Upload 8
    • SZWc: kritische Stretch-Zonenbreite
    • SZHc: kritische Stretch-Zonenhöhe
  17. Durch welches Modell wird die EPBM beschrieben?
    Was wird berechnet?
    • Rissmodell nach Dugdale
    • Rissöffnung δ
    • Fließspannung σF
    • Image Upload 9
  18. 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]
  19. Wovon ist δ abhängig?
    • Bauteil- und Rissgeometrie
    • Beanspruchung
  20. Was ist das J-Integral-Konzept?
    Näherungslösung?
    • Energiebetrachtung am wachsenden Makroriss
    • Image Upload 10
    • B: Proben- bzw. Bauteildicke
    • U: Fläche unter der Kraft-Verschiebungs-Kurve
    • η: Korrekturfaktor
    • W-a: Größe des Ligaments vor dem Riss
  21. 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]
  22. Nenne 3 Probenformen zur Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte!
    • Biegeprobe (SE(B))
    • Kompakt-Zugprobe (C(T))
    • Rund-Kompakt-Zugprobe (DC(T))
  23. Wie ist das Risszähigkeits-Temperatur-Verhalten für ferritische, bainitische und martensitische Stähle?
    Image Upload 11
  24. Wie können Risszähigkeiten in erster Näherung ermittelt werden?
    Korrealtionen zur Kerbschlagarbeit verwendet
  25. Image Upload 12
    Image Upload 13
  26. Nenne 2 Konzepte für das Versagen von Bauteilen mit Rissenbei ausgeprägtem plastischen Fließen!
    • Instabile Risserweiterung => Zähbruch
    • Instabilität durch Erreichen der Traglast => Plastischer Kollaps
  27. Was besagt der Kollapskennwert?
    Berechnung je nach Werkstoffverhalten?
    • Maximale Traglast erreicht wenn überall im Querschnitt Kollapsspannung σKollaps auftritt
    • idealplastischen Werkstoffverhalten: σKollaps=Re
    • volle Erschöpfung der Werkstoffverfestigung bei hohem Verformungsvermögen: σKollaps=Re
    • In der Praxis: Image Upload 14
  28. Wie werden Bauteile mit Rissen unter statischer Beanspruchung bewertet?
    Versagens-Bewertungs-Diagramm (FAD)
  29. Wie sieht ein FAD-Diagramm aus?
    Wo sind die sicheren und wo die unsicheren Bereiche?
    • Image Upload 15
    • Image Upload 16
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