Bruchmechanische Prüfverfahren für die Kennwertermittlung bei statischer, zyklischer und dynamischer Beanspruchung*
-
and
Kurzfassung
Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zu den bruchmechanischen Prüfmethoden bei statischer, dynamischer und zyklischer Beanspruchung. Die prinzipielle Vorgehensweise bei der experimentellen Ermittlung der entsprechenden bruchmechanischen Kennwerte wird erläutert. Auf die zurzeit aktuellen Prüfstandards wird aufmerksam gemacht. Die Kennwertermittlung wird am Beispiel spezieller Werkstoffe demonstriert. Auf bestehende Korrelationen zwischen den bruchmechanischen und den konventionellen mechanischen Kennwerten wird hingewiesen. Die Auswertung des Schrifttums erfolgt unter Hinweis auf spezielle, außerhalb der Prüfstandards zum Einsatz kommende Prüfmethoden und auf Beispiele für die geforderte und erfolgreich praktizierte bruchmechanische Bauteilbewertung.
Abstract
The present paper gives a review about the fracture mechanic test methods for static, dynamic and cyclic loading. The principle procedure for the experimental determination of the corresponding fracture mechanic parameters will be commented. The current standards will be pointed out. The determination of the characteristic values will be demonstrated by means of specific materials. Correlations between fracture mechanically and conventionally parameters will be shown. The score of the literature was carried out in direction to specific testing methods outside of the testing standards and also in direction to examples of required and successful realised fracture mechanical validation of components.
Literatur
1 U.Zerbst, P.Langenberg: Bruchmechanische Konzepte – Die industrielle Anwendung vor dem Hintergrund internationaler Bewertungsvorschriften und Regelwerke, Materialprüfung43 (2001), No. 9, S. 331–353Search in Google Scholar
2 U.Zerbst, C.Wiesner, M.Koçak, L.Hodulak: SINTAP – Structural integrity Assessment Procedures for European Industry – Entwurf einer vereinheitlichten europäischen Fehlerbewertungsprozedur – Eine Einführung, GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, GKSS 99/E/65, Geesthacht (1999)Search in Google Scholar
3 FKM (Forschungskuratorium Maschinenbau)-Richtlinie Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile, VDMA Verlag GmbH, Frankfurt/M. (2006)Search in Google Scholar
4 DVS 2401: Bruchmechanische Bewertung von Fehlern in Schweißverbindungen, Fachbuchreihe Schweißtechnik, DVS-Verlag (2004)Search in Google Scholar
5 B.Rehmer, H. D.Kühn, S.Weidlich, H.Frenz: BAM Production Control Programme for Containers for Transport and Storage of Nuclear Materials, RAMTRANS6 (1995), No. 2/3, pp. 205–209Search in Google Scholar
6 J. D.Landes: The blunting line in elastic-plastic fracture, Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct.18 (1995), No. 11, S. 1289–129710.1111/j.1460-2695.1995.tb00855.xSearch in Google Scholar
7 E.Roos: Grundlagen und notwendige Voraussetzungen zur Anwendung der Risswiderstandskurve in der Sicherheitsanalyse angerissener Bauteile, VDI-Fortschrittsberichte, Reihe 18, Nr. 122, Habilitationsschrift, MPA Stuttgart (1992)Search in Google Scholar
8 D.Holland: Einfluss des Spannungszustandes auf die Vorgänge beim Gleitbruch von Baustählen, Dr.-Ing.-Dissertation, RWTH Aachen (1992)Search in Google Scholar
9 P.Trubitz, P.Hübner, Th.Brecht, Th.Kreschel: Stahl-Informationszentrum Düsseldorf, Dokumentation 570, Grobblechherstellung und Anwendung, S. 33–38Search in Google Scholar
10 H.Stoppe, G.Pusch, A.Ludwig: Bestimmung der Bruchzähigkeit von ferritischem Gußeisen mit Kugelgraphit aus Kennwerten des Zugversuches und der Gefügeausbildung, Konstruieren und Gießen29 (2004), No. 4, S. 19–23Search in Google Scholar
11 P.Hübner, G.Pusch: Sprödbruchsicherheit bruchmechanisch bewerten – Korrelation zwischen Kerbschlagzähigkeit und Bruchsicherheit, Materialprüfung42 (2000), No. 2000-1, S. 22–25Search in Google Scholar
12 W.Böhme: Charakterisierung des Werkstoffverhaltens bei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten, DVM AK Bruchvorgänge, Fortbildungsseminar Bruchmechanische Prüfmethoden, Stuttgart (2008), S. 84–96Search in Google Scholar
13 K.Müller, V.Ballheimer, B.Droste, R.Rödel, H.Völzke, J.Zencker: Die Anwendung der Bruchmechanik im Sicherheitsnachweis von Transportbehältern für die Beförderung radioaktiver Stoffe, DVM-Bericht 236, 36. Tagung des DVM AK Bruchvorgänge, Köln (2004), S. 225–238Search in Google Scholar
14 W.Baer: Statistische Auswertung dynamischer Bruchmechanikversuche an Großproben aus ferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit, DVM-Bericht 239, 39. Tagung des DVM AK Bruchvorgänge, Dresden (2007), S. 319–328Search in Google Scholar
15 J.Schindler, W.Böhme, D.Stark-Seuken, H.Blumenauer, K.Wobst: Erprobung von Einprobenmethoden zur bruchmechanischen Auswertung instrumentierter Kerbschlagbiegeversuche, DVM-Bericht 228, 28. Tagung des DVM AK Bruchvorgänge, Berlin (1996), S. 67–76Search in Google Scholar
16 S.Winkler: Brucherkennung mit elektrischer Emission, IWM-Bericht T 10/90, Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik, Freiburg 1990Search in Google Scholar
17 S.Winkler: Magnetic emission detection of crack initiation, 21th Symposium on Fracture Mechanics, ASTM STP 1074, ASTM Philadelphia (1990), S. 178–19210.1520/STP18995SSearch in Google Scholar
18 C.Bierögel, M.Schoßig, K.Döpping, W.Grellmann: Bruchmechanische Zähigkeitsbestimmung im instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch mit simultaner Aufzeichnung der schädigungssensitiven Schallemission, Tagung Werkstoffprü-fung 2008, DVM-Bericht642 (2008), S. 217–222Search in Google Scholar
19 R.Rintamaa: Single specimen fracture toughness determination procedure using instrumented impact test, Habilitationsschrift Universität Helsinki 1993, VTT-Publications 140, Espoo (1993)Search in Google Scholar
20 G.Pusch, A.Udoh, S.Winkler: Experimentelle Bestimmung dynamischer Rißinitiierungswerte. Fließbruchmechanische Kennwerte für GGG-40, Materialprüfung39 (1997), No. 1997-11, S. 460–463Search in Google Scholar
21 J.Falk, W.Dahl: Bestimmung von dynamischen Risswiderstandskurven aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch, DVM-Bericht der 23. Vortragsveranstaltung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge, Berlin (1991), S. 391–400Search in Google Scholar
22 W.Baer: Key Curve-Einprobenverfahren zur Ermittlung dynamischer Risswiderstandskurven – Review und Analyse hinsichtlich ihrer Anwendung bei duktilen Gusseisenwerkstoffen, Materialprüfung47 (2005), No. 2005-11, S. 666–673Search in Google Scholar
23 T.Demler: Untersuchungen zur Rissinitiierung unter schlagartiger Belastung, Techn.-wiss. Ber. MPA Stuttgart (1991), Heft 91-01Search in Google Scholar
24 R.Gillot: Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Rißstopp-Verhalten von Stählen und Gusseisenwerkstoffen, Techn.-wiss. Ber. MPA Stuttgart (1988) Heft 88-03Search in Google Scholar
25 K.Müller, G.Pusch: Anwendung des instrumentierten Kerbschlagversuches zur Abschätzung der Rissauffangzähigkeit, Mat.-wiss. u. Werkstofftech.32 (2001), No. 6, S. 539–543Search in Google Scholar
26 H. A.Richard, M.Sander: Ermüdungsrisse – Erkennen, sicher beurteilen, vermeiden, Vieweg und Teubner, GWV Fachverlag GmbH, Wiesbaden (2009)10.1007/978-3-8348-9232-4Search in Google Scholar
27 S.Henkel, P.Hübner, H.Biermann: Methodik für die effiziente optische Riss- und Verformungsmessung, DVM-Bericht 241, 41. Tagung des DVM AK Bruchvorgänge, Wuppertal (2009), S. 167–174Search in Google Scholar
28 A.Tesch, R.Rippan, H.Döker: Neues Prüfkonzept zur Ermittlung von da/dN-ΔK-Kurven bei verschiedenen, konstanten R-Werten mit nur einer Probe, Proc. Tagung Werkstoffprüfung 2005, S. 201–206Search in Google Scholar
29 H.Döker: Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, Bestimmung und Anwendung, DVM-Bericht 234, 34. Tagung des DVM AK Bruchvorgänge, Freiberg (2002), S. 9–18Search in Google Scholar
30 U.Zerbst: Werkstoffverhalten unter zyklischer Belastung – Prüfmethoden zur Charakterisierung des Risswachstums, DVM AK Bruchvorgänge DVM AK Bruchvorgänge, Fortbildungsseminar Bruchmechanische Prüfmethoden, Stuttgart (2008), S. 67–82Search in Google Scholar
31 NASGRO (2000): Fatigue Crack Growth Computer Program NASGRO, Version 3, NASA, L. B. Johnson Space Centre JSC-22267B, Houston, TexasSearch in Google Scholar
32 P.Hübner, G.Pusch, U.Zerbst: Ableitung von Quantilrisswachstumskurven für Restlebensdauerberechnungen, DVM-Bericht 236, 36. Tagung des DVM AK Bruchvorgänge, Köln (2004), S. 121–129Search in Google Scholar
33 G.Pusch: Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung, Materialprüfung44 (2002), No. 6, S. 224–232Search in Google Scholar
34 G.Pusch: Bruchmechanische Kennwerte von Gusseisenwerkstoffen, Konstruieren und Gießen33 (2008), No. 4, S. 2–34Search in Google Scholar
© 2009, Carl Hanser Verlag, München
Articles in the same Issue
- Inhalt/Contents
- Inhalt
- Fachbeiträge/Technical Contributions
- Bruchmechanische Prüfverfahren für die Kennwertermittlung bei statischer, zyklischer und dynamischer Beanspruchung*
- Influence of Service Temperatures on the Fatigue Behaviour of Railway Wheel and Tyre Steels*
- Hochgeschwindigkeitszugversuche an gefügten Stählen
- Hochgeschwindigkeitszugversuche an Stahl
- Berührungslose optische und thermische Messverfahren und deren Anwendung bei der Untersuchung von Werkstoffen und Bauteilen aus Kunststoff*
- Eigenschaftsanalyse geschweißter Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoffverbunden mit berührungslosen optischen Messverfahren*
- Zeitstandverhalten von Schmiedeteilen aus der Legierung AlSi1MgMn (AA6082)*
- Influence of Tool Geometry on Microstructure and Mechanical Properties of a Friction Stir Welded 7075 Aluminum Alloy
- Optimal Material Distribution of a Micro-Gripper Manipulator with Straight-Line Path and Parallel Movements
- Stress Analyses Around Holes of Plates for Different Types of Materials
- Fatigue Behaviour of a 9Cr1MoNbV Martensitic Steel in a Liquid Metal*
- Effects of LCF Loadings on the HCF Life of Notched Specimens in Ferritic-Bainitic Steel*
- A Numerical Study of the Inclusion Problem in Electromagnetic Testing
- Einfluss der Härtung auf die Materialeigenschaften eines Harnstoffharzes
- Vorschau/Preview
- Vorschau
Articles in the same Issue
- Inhalt/Contents
- Inhalt
- Fachbeiträge/Technical Contributions
- Bruchmechanische Prüfverfahren für die Kennwertermittlung bei statischer, zyklischer und dynamischer Beanspruchung*
- Influence of Service Temperatures on the Fatigue Behaviour of Railway Wheel and Tyre Steels*
- Hochgeschwindigkeitszugversuche an gefügten Stählen
- Hochgeschwindigkeitszugversuche an Stahl
- Berührungslose optische und thermische Messverfahren und deren Anwendung bei der Untersuchung von Werkstoffen und Bauteilen aus Kunststoff*
- Eigenschaftsanalyse geschweißter Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoffverbunden mit berührungslosen optischen Messverfahren*
- Zeitstandverhalten von Schmiedeteilen aus der Legierung AlSi1MgMn (AA6082)*
- Influence of Tool Geometry on Microstructure and Mechanical Properties of a Friction Stir Welded 7075 Aluminum Alloy
- Optimal Material Distribution of a Micro-Gripper Manipulator with Straight-Line Path and Parallel Movements
- Stress Analyses Around Holes of Plates for Different Types of Materials
- Fatigue Behaviour of a 9Cr1MoNbV Martensitic Steel in a Liquid Metal*
- Effects of LCF Loadings on the HCF Life of Notched Specimens in Ferritic-Bainitic Steel*
- A Numerical Study of the Inclusion Problem in Electromagnetic Testing
- Einfluss der Härtung auf die Materialeigenschaften eines Harnstoffharzes
- Vorschau/Preview
- Vorschau