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Bruchmechanik Die befasst sich mit dem Versagen rissbehafteter Bauteile bzw der Ausbreitung von Rissen unter statischen

Bruchmechanik

Die Bruchmechanik befasst sich mit dem Versagen rissbehafteter Bauteile bzw. der Ausbreitung von Rissen unter statischen und dynamischen Belastungen bis zum Bruch. Sie beinhaltet Elemente der Werkstoffkunde, der Elastostatik und der Plastomechanik.

Mauerriss der Dorfkirche Hohenkirchen

Grundlagen

Riss und Bruch

Allen bruchmechanischen Konzepten ist gemeinsam, dass eine bereits vorhandene Fehlstelle (Riss) im Bauteil unterstellt wird. Diese kann infolge des Herstellprozesses als Lunker, Einschluss, Spannungsriss o. ä. entstanden sein oder erst im Einsatz gebildet werden, z. B. bei zyklischer Beanspruchung. Die Schädigungsmechanik behandelt die Entstehung und Ausbreitung dieser Mikrorisse von bis zu 1 mm Länge. Ausgehend von Annahmen zur Geometrie und Beanspruchung dieser Fehlstelle, werden über ein Zähigkeitsmaß Bedingungen formuliert, unter denen es zu einem unzulässigen Risswachstum bis hin zum Bruch (durch das Übersteigen der Bruchfestigkeit) kommt. Die Aussagesicherheit der klassischen Festigkeitsrechnung soll somit erhöht werden. Die Risszähigkeit eines Materials ist ein Maß für die Leichtigkeit mit der sich Risse in diesem Material bilden und vergrößern.

Systematik der Brüche

Mauerriss durch Setzung

Makroskopische Betrachtung

  • Sprödbruch (auch Trennbruch): verformungsarmes Versagen vor dem Erreichen der Fließgrenze
  • Verformungsbruch (auch duktiler Bruch) tritt ein nach größerer Verformung und Erreichen der Fließgrenze.

Mikroskopische Betrachtung

  • Ein Gleitbruch erfolgt unter plastischer Verformung und in der Regel unter Schubspannungen nach anfänglicher Hohlraumbildung und dem Zusammenwachsen der Hohlräume.
  • Ein Spaltbruch erfolgt mit oder ohne plastische Verformung quer zur Hauptnormalspannung (bei Metallen entlang von Kristallebenen geringer Packungsdichte und meist transkristallin).

Konzepte der Bruchmechanik

Folgende Bruchmechanikkonzepte sind bekannt:

Geschichte

Der britische Ingenieur Alan Arnold Griffith untersuchte den Einfluss von oberflächlichen Kratzern auf die Stabilität und entwickelte eine Theorie des Bruchs, insbesondere ein Bruchkriterium des Sprödbruchs.

In den 1930er und 40er Jahren kam es zu einer Häufung von katastrophalen Schäden durch Sprödbruch an großen geschweißten Stahlkonstruktionen, wie Schiffen und Brücken. Aus der Untersuchung dieser Schäden entwickelte sich eine eigenständige Fachrichtung, deren Gegenstand das Verhalten rissbehafteter Körper ist.

Die Bruchmechanik erlebte insbesondere im Zusammenhang mit der Auslegung kerntechnischer Komponenten in den 1970er Jahren eine rasche Weiterentwicklung.

Heutige Modelle lassen etwa auch den Untergang der Titanic als Bruchversagen eines falsch legierten Stahls rekonstruieren.

Mit der Software AFGROW, deren Vorgängerversionen ab Anfang der 1980er Jahre programmiert wurden, steht ein Werkzeug für Berechnungen von Bruchmechanik und Rissfortschritt im Rahmen von Stabilitätsuntersuchungen metallischer Werkstoffe zur Verfügung.

Literatur

  • T. L. Anderson: Fracture Mechanics; Fundamentals and Applications. CRC Press, Boca Raton 2004, ISBN 978-0-8493-1656-2.
  • D. Gross, Th. Seelig: Bruchmechanik mit einer Einführung in die Mikromechanik. 4. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-37113-7.

Weblinks

Commons: Fracture mechanics – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ Falk Lüddecke: Ein Beitrag zur Ertüchtigung bestehender Stahltragwerke unter besonderer Berücksichtigung des Fügeverfahrens Schweißen, Fakultät Bauingenieurwesen, Technische Universität Dresden, 15. März 2006.
  2. A. A. Griffith: The Phenomena of Rupture and Flow in Solids. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. Band 221, Nr. 582-593, 1. Januar 1921, ISSN 1364-503X, S. 163–198, doi:10.1098/rsta.1921.0006 (royalsocietypublishing.org [abgerufen am 31. März 2016]).
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Veröffentlichungsdatum:
Die Bruchmechanik befasst sich mit dem Versagen rissbehafteter Bauteile bzw der Ausbreitung von Rissen unter statischen und dynamischen Belastungen bis zum Bruch Sie beinhaltet Elemente der Werkstoffkunde der Elastostatik und der Plastomechanik Mauerriss der Dorfkirche Hohenkirchen Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 1 1 Riss und Bruch 1 2 Systematik der Bruche 1 3 Konzepte der Bruchmechanik 2 Geschichte 3 Literatur 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseGrundlagen BearbeitenRiss und Bruch Bearbeiten Allen bruchmechanischen Konzepten ist gemeinsam dass eine bereits vorhandene Fehlstelle Riss im Bauteil unterstellt wird Diese kann infolge des Herstellprozesses als Lunker Einschluss Spannungsriss o a entstanden sein oder erst im Einsatz gebildet werden z B bei zyklischer Beanspruchung Die Schadigungsmechanik behandelt die Entstehung und Ausbreitung dieser Mikrorisse von bis zu 1 mm Lange Ausgehend von Annahmen zur Geometrie und Beanspruchung dieser Fehlstelle werden uber ein Zahigkeitsmass Bedingungen formuliert unter denen es zu einem unzulassigen Risswachstum bis hin zum Bruch durch das Ubersteigen der Bruchfestigkeit kommt Die Aussagesicherheit der klassischen Festigkeitsrechnung soll somit erhoht werden Die Risszahigkeit eines Materials ist ein Mass fur die Leichtigkeit mit der sich Risse in diesem Material bilden und vergrossern Systematik der Bruche Bearbeiten Mauerriss durch SetzungErmudungsbruch auch Dauerbruch Makroskopische Betrachtung 1 Sprodbruch auch Trennbruch verformungsarmes Versagen vor dem Erreichen der Fliessgrenze Verformungsbruch auch duktiler Bruch tritt ein nach grosserer Verformung und Erreichen der Fliessgrenze Mikroskopische Betrachtung 1 Ein Gleitbruch erfolgt unter plastischer Verformung und in der Regel unter Schubspannungen nach anfanglicher Hohlraumbildung und dem Zusammenwachsen der Hohlraume Ein Spaltbruch erfolgt mit oder ohne plastische Verformung quer zur Hauptnormalspannung bei Metallen entlang von Kristallebenen geringer Packungsdichte und meist transkristallin Konzepte der Bruchmechanik Bearbeiten Folgende Bruchmechanikkonzepte sind bekannt Linear elastische Bruchmechanik LEBM besonders fur sprode Werkstoffe geeignet K Konzept Fliessbruchmechanik FBM besonders fur duktile Werkstoffe geeignet CTOD Konzept J Integral KonzeptGeschichte BearbeitenDer britische Ingenieur Alan Arnold Griffith untersuchte den Einfluss von oberflachlichen Kratzern auf die Stabilitat und entwickelte eine Theorie des Bruchs insbesondere ein Bruchkriterium des Sprodbruchs 2 In den 1930er und 40er Jahren kam es zu einer Haufung von katastrophalen Schaden durch Sprodbruch an grossen geschweissten Stahlkonstruktionen wie Schiffen und Brucken Aus der Untersuchung dieser Schaden entwickelte sich eine eigenstandige Fachrichtung deren Gegenstand das Verhalten rissbehafteter Korper ist Die Bruchmechanik erlebte insbesondere im Zusammenhang mit der Auslegung kerntechnischer Komponenten in den 1970er Jahren eine rasche Weiterentwicklung Heutige Modelle lassen etwa auch den Untergang der Titanic als Bruchversagen eines falsch legierten Stahls rekonstruieren Mit der Software AFGROW deren Vorgangerversionen ab Anfang der 1980er Jahre programmiert wurden steht ein Werkzeug fur Berechnungen von Bruchmechanik und Rissfortschritt im Rahmen von Stabilitatsuntersuchungen metallischer Werkstoffe zur Verfugung Literatur BearbeitenT L Anderson Fracture Mechanics Fundamentals and Applications CRC Press Boca Raton 2004 ISBN 978 0 8493 1656 2 D Gross Th Seelig Bruchmechanik mit einer Einfuhrung in die Mikromechanik 4 Auflage Springer Berlin 2007 ISBN 978 3 540 37113 7 Weblinks Bearbeiten Commons Fracture mechanics Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Grundlagen und Anwendungen der Bruchmechanik PDF 12 MB abgerufen am 13 September 2018 Grundlagen der Bruchmechanik PDF abgerufen am 13 September 2018 Ist die Anwendung der Bruchmechanik sinnvoll PDF 652 kB abgerufen am 13 September 2018 Plastizitat und Bruchmechanik PDF 2 4 MB abgerufen am 13 September 2018 Bruchmechanik PDF 770 kB abgerufen am 13 September 2018Einzelnachweise Bearbeiten a b Falk Luddecke Ein Beitrag zur Ertuchtigung bestehender Stahltragwerke unter besonderer Berucksichtigung des Fugeverfahrens Schweissen Fakultat Bauingenieurwesen Technische Universitat Dresden 15 Marz 2006 A A Griffith The Phenomena of Rupture and Flow in Solids In Philosophical Transactions of the Royal Society of London A Mathematical Physical and Engineering Sciences Band 221 Nr 582 593 1 Januar 1921 ISSN 1364 503X S 163 198 doi 10 1098 rsta 1921 0006 royalsocietypublishing org abgerufen am 31 Marz 2016 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Bruchmechanik amp oldid 228277785