7. Bruchmechanik

Question 1

Zeichne und Benenne die 3 Bruchmodi, sowie deren Belastungsart

Answer 1

Question 2

Was sind die Annahmen unter der LEBM ? Und wofür steht das ?

Answer 2

• Linearelastische Bruchmechanik
• WS reagiert rein elastisch
• Riss = Kerb mit unendlich
kleinem Radius
• Spannung an der Rissspitze
unendlich hoch

Question 3

Annahmen GRIFFITH-Riss ?

Answer 3

• Risslänge 2a
• unendlich ausgedehnte Scheibe
• homogen durch biaxiale Spannung σ∞

Question 4

Wie heißt die Verlängerung des Risses ?

Answer 4

Ligament

Question 5

Was beschreibt der Spannungsintensitätsfaktor K_I ?

Answer 5

• Beanspruchung der Rissspitze
durch äußeres Spannungsfeld
• Index I besagt das Faktor für
Bruchmodi I gilt

Question 6

Was ist die K-dominante Zone ?

Answer 6

Bereich um Rissspitze, in dem Spannungs- und Verformungsverteilung durch K_I dominiert werden

Question 7

Welcher Zustand liegt an der Bauteiloberfläche vor ?

Answer 7

Ebener Spannungszustand (ESZ),
weil σ_z = 0

Question 8

Welcher Zustand liegt im Inneren vor ?

Answer 8

Ebener Dehnungszustand (EDZ), weil σ_z = konst.

Question 9

Wovon hängt der Spannungsintensitätsfaktor K_I ab ?

Answer 9

• Risslänge a
• entfernt vom Riss wirkende
Spannung σ∞
• Geometrie des Bauteils

Question 10

Formel für K_I in unendlich ausgedehnter Scheibe ?

Answer 10

Question 11

Formel für K_I in Realanwendung?

Answer 11

Question 12

Was berücksichtigt der Korrekturfaktor Y im Realfall ?

Answer 12

• Geometrie des Bauteils
• Wechselwirkungen von Rissen
• konkrete Belastungssituation

Question 13

Wie wird der kritische Spannungsintensitätsfaktor K_IC auch genannt ?

Answer 13

Bruchzähigkeit

Question 14

Was gilt bei instabiler Rissausbreitung ?

Answer 14

K_I = K_IC

Question 15

Bereich Bruchzähigkeit
Legierter Stähle ?

Answer 15

K_IC = 50 … 214 [MPam^0,5]

Question 16

Bereich Bruchzähigkeit
Titanlegierungen ?

Answer 16

K_IC = 55 … 115 [MPam^0,5]

Question 17

Bereich Bruchzähigkeit
Aluminiumlegierungen ?

Answer 17

K_IC = 23 … 45 [MPam^0,5]

Question 18

Welcher ebene Zustand liegt hier vor ?

Answer 18

Ebener Dehnungszustand (EDZ)
(innen)

Question 19

Welcher ebene Zustand liegt hier vor ?

Answer 19

Ebener Spannungszustand (ESZ)
(Oberfläche)

Question 20

Vorgehen exp. Bestimmung der Bruchzähigkeit ?

Answer 20

1) Wahl der Probensbmessung
2) Anriss erzeugen
3) Beanspruchung bis Bruch,
K_Q berechnen
4) gültiger Versuch ?
5) ja ➞ K_Q = K_IC
nein ➞ zurück zu 1)

Question 21

Probenformen exp. Bestimmung der Bruchzähigkeit nach
ASTEM E399?

Answer 21

• Dreipunktbiegeprobe
(SENB-Probe)
• Kompaktzugprobe
(CT-Probe)

Question 22

Wie wird bei der exp. Bestimmung der Bruchzähigkeit ein Anriss erzeugt ?

Answer 22

Schwingende Beanspruchung eines konstruktiven Kerb

Question 23

Notwendige Bedingung für die Annahme der linearelastischen Bruchmechanik ?

Answer 23

Question 24

K_Q muss unabhängig von der Probendicke sein, dann gilt
K_Q = K_IC. Welche Anforderungen müssen die Probendimensionen nach ASTEM E399 annehmen, dass dies gilt ?

Answer 24

Question 25

Nenne die 3 Phasen des Ermüdungsvorgang metallischer WS

Answer 25

1) Rissbildung 2) Rissausbreitung 3) Restbruch

Question 26

Was ist stabile Rissausbreitung ?

Answer 26

Beanspruchung, die bei einmaliger Aufbringung zu keiner Rissausbreitung führt, aber bei wiederholtem Schwingspiel, jedes Mal zu einem minimalen Risswachstum führt

Question 27

Was ist ΔK ?

Answer 27

zyklischer Spannungsintensitätsfaktor ΔK = K_Io - K_Iu

Question 28

Wie verhalten sich ΔK,K_Io & K_Iu bei zunehmender Risslänge ?

Answer 28

• Spannungsintensitätsfaktor ΔK steigt, daher auch K_Io & K_Iu • proportionales Verhalten

Question 29

Zeichne das Diagramm der Entwicklung von ΔK während der Rissausbreitung

Answer 29

Question 30

Zeichne das da/dN-ΔK-Diagramm

Answer 30

Question 31

Gib die Paris-Gleichung an und in welchem Bereich diese für viele WS gilt.

Answer 31

Question 32

Gib an, wie sich das Risswachstum in den Bereichen des da/dN-ΔK-Diagramms, verhält.

Answer 32

• Bereich I: Kein Wachstum (ΔK_t< ΔK_th) • Bereich II: Lineares Wachstum (ΔK_th <= ΔK < ΔK_c) • Bereich III: Risswachstumsgesch. steigt progressiv an bis Restgewaltbruch (ΔK ➞ ΔK_c)

Question 33

Benenne die Bereiche des makroskopischen Schwingbruchs

Answer 33

Question 34

Merkmale Schwingbruchfläche ?

Answer 34

• durch stabile Rissausbildung entstanden • glatte, spröde Fläche • keine plastische Verformung

Question 35

Wie entstehen Rastlinien und worauf weisen diese hin ?

Answer 35

• Zwischenstadien der Rissfront auf Schwingbruchfläche • entstehen durch Stillstandzeiten • Verfärbung durch Korrosion • Hilft Rissbeginn zu identifizieren

Question 36

Wo findet man Schublippen und worauf deuten diese ?

Answer 36

• Ränder der Bruchfläche • deuten auf Ausprägung als Schubspannungsbruch zum Ende der Rissausbildung • Schublippe ➞ Bruchende

Question 37

Wie entstehen Schwingstreifen im mikroskopischen Schwingbruch ?

Answer 37

Abwechselnde Betätigung zweier Gleitsysteme vor der Rissspitze und der resultierenden plastischen Zone

Question 38

Wie wirkt sich der Spannungsintensitätsfaktor ΔK auf die Schwingstreifen im Schwingbruch aus ?

Answer 38

• ΔK ↑ ➞ Streifenabstände ↑ • ΔK ↓ ➞ Streifenabstände ↓