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Key Curve-Einprobenverfahren zur Ermittlung dynamischer Risswiderstandskurven

Review und Analyse hinsichtlich ihrer Anwendung bei duktilen Gusseisenwerkstoffen
  • Wolfram Baer
Published/Copyright: May 28, 2013
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Materials Testing
From the journal Materials Testing Volume 47 Issue 11-12

Kurzfassung

Moderne Regelwerke zur Bewertung der Bauteilsicherheit integrieren zunehmend bruchmechanische Konzepte. Notwendige Voraussetzungen zur praktischen Anwendung dieser Regelwerke für konkrete Beanspruchungsbedingungen sind jedoch bislang nicht immer hinreichend bzw. zufrieden stellend erfüllt.

Von besonderer Bedeutung ist dabei der Sicherheitsnachweis für Unfallszenarien, bei denen im Werkstoff bzw. Bauteil infolge dynamischer Belastung schnelle Änderungen des Spannungs- und Verzerrungszustandes auftreten. Für diese Beanspruchungsbedingungen stehen zur Ermittlung von Risswiderstandskurven an Gusseisenwerkstoffen mit Kugelgraphit derzeit lediglich kosten- und werkstoffintensive Mehrprobenverfahren zur Verfügung. Aufgrund dessen ist hier die Weiterentwicklung der bruchmechanischen Prüfmethodik notwendig.

Im vorliegenden Beitrag wird deshalb zunächst über die Aufarbeitung und Systematisierung publizierter Key Curve-Einprobenverfahren zur Ermittlung dynamischer Risswiderstandskurven berichtet, die seit ca. 25 Jahren mit unterschiedlichem Erfolg bislang fast ausschließlich für Stähle eingesetzt wurden. Ausgehend davon wird eine Bewertung hinsichtlich ihres Anwendungspotentials für duktile Gusseisenwerkstoffe bei dynamischen Belastungsbedingungen vorgenommen. Zusammenfassend werden als fortgeschrittene und für weitere Untersuchungen Erfolg versprechende Key Curve-Verfahren ein analytischer Ansatz sowie ein numerisches Verfahren herausgestellt.

Abstract

Nevertheless, some necessary prerequisites for the practical application of these codes to particular cases have not been fulfilled sufficiently up to date.

It is of special importance to assess the safety at accidental conditions where fast changes of the stress and strain state in the material and the component prevail due to dynamic (high rate) loading. At present, there are only expensive multiple specimen techniques available for the determination of crack resistance curves of ductile cast iron (DCI) at these loading conditions, like for instance the low blow method. For that reason, a further development of the corresponding fracture mechanics testing and evaluation methodology is necessary here.

Therefore, it is first of all reported in the present paper on the review and systematization of published key curve methods that have nearly exclusively been applied to the determination of dynamic crack resistance curves of steels in the last 25 years with different success. Based on that, an assessment of their applicability to dynamic testing of DCI is made. It is basically distinguished between the experimental, analytical and numerical determination of key curves. An analytical approach and a numerical method were then chosen as advanced key curve methods promising success also with dynamic DCI testing.

Dr.-Ing. Wolfram Baer, Jahrgang 1966, studierte von 1986 bis 1991 Werkstofftechnik an der TU Bergakademie Freiberg. Von 1991 bis 1996 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstofftechnik der TU Bergakademie Freiberg, wo er 1996 auf dem Gebiet der bruchmechanischen Bewertung von Gusseisenwerkstoffen promovierte. Seit 1996 ist er an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin tätig und leitet dort seit 1998 das Labor für Bruchmechanik und Bauteilsicherheit.

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Online erschienen: 2013-05-28
Erschienen im Druck: 2005-11-01

© 2005, Carl Hanser Verlag, München

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  15. Spannungsintensitätsfaktoren für Risse in Schienen
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  17. Vorschau
https://doi.org/10.3139/120.100701

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