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 Elastomechanik und der Plastomechanik.
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, z. B. bei zyklischer Beanspruchung gebildet werden. Die Schädigungsmechanik behandelt die Entstehung und Ausbreitung dieser Mikrorisse von bis zu 1 mm Länge. Ausgehend von Annahmen bzgl. der Geometrie und Beanspruchung dieser Fehlstelle, werden über ein Zähigkeitsmaß Bedingungen formuliert, unter denen es zu einem unzulässigen Risswachstum bis hin zum Bruch, dem übersteigen der Bruchfestigkeit, kommt. Die Aussagesicherheit der klassischen Festigkeitsrechnung soll somit erhöht werden.
Systematik der Brüche
- Sprödbruch (auch Trennbruch)
- Ermüdungsbruch (auch Dauerbruch)
- Verformungsbruch (auch duktiler Bruch)
Konzepte der Bruchmechanik
Folgende Bruchmechanikkonzepte sind bekannt:
- Linear-elastische Bruchmechanik (LEBM, besonders für spröde Werkstoffe geeignet)
- Nennspannungskonzept
- Fließbruchmechanik (FBM, besonders für duktile Werkstoffe geeignet)
- CTOD-Konzept
- J-Integral-Konzept
Geschichte
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 einen rasche Weiterentwicklung.
Heutige Modelle lassen etwa auch den Untergang der Titanic als Bruchversagen eines falsch legierten Stahls rekonstruieren.
Mit AFGROW steht eine Software für Bruchmechanische- und Rissfortschrittsberechnungen im Rahmen von Stabilitätsuntersuchungen metallischer Werkstoffe zur Verfügung.
Siehe auch
Literatur
- Anderson, T.L., Fracture Mechanics; Fundamentals and Applications, CRC Press, Boca Raton 1995
- Gross, D. und Seelig, Th., Bruchmechanik mit einer Einführung in die Mikromechanik, 4.Aufl., Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-37113-7
Weblinks
Commons: Fracture mechanics – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien