Spannungsintensitätsfaktor

Der Spannungsintensitätsfaktor K ist ein Maß für die Intensität des Spannungsfeldes in der Nähe der Rissspitze. Er ist eine skalare Größe, die von der Geometrie des Risses, von der äußeren Belastung und von der Bauteilgeometrie abhängt. Derjenige Spannungsintensitätsfaktor, bei dem es zum Gewaltbruch kommt, ist der kritische Spannungsintensitätsfaktor $ K_{C} $. Dieser ist ein Werkstoffkennwert und wird auch als Risszähigkeit oder Bruchzähigkeit bezeichnet.

Im Allgemeinen werden drei Rissöffnungsarten unterschieden. Jeder Rissöffnungsart ist ein Spannungsintensitätsfaktor (SIF) zugeordnet. Dabei hat $ K_{I} $ die größte Bedeutung in der Praxis.

Spannungsintensitätsfaktor

Der Index $ I $ charakterisiert die Rissöffnung senkrecht zur Rissfläche (Opening Mode). Die Öffnungsarten $ II $ und $ III $ beschreiben Längs- (Sliding Mode) bzw. Querscherung (Tearing Mode).

Mit Hilfe des Parameters $ K_{I} $ kann das vollständige Spannungsfeld an der Spitze des nach Modus I beanspruchten Risses charakterisiert werden.

$ K_{I}=\sigma {\sqrt {\pi a}}\cdot f $

$ \sigma $ beschreibt die Spannung im Bauteilquerschnitt ohne Risse (Nennspannung), a charakterisiert die Risslänge und f ist ein Korrekturfaktor, der von der Riss- und Bauteilgeometrie abhängt.

Für $ K_{I} $ wird die Maßeinheit $ {\frac {\mathrm {N} }{\sqrt {\mathrm {mm} ^{3}}}} $ oder $ \mathrm {MPa} \cdot {\sqrt {\mathrm {m} }} $ verwendet.

Von der Stärke des Spannungsintensitätsfaktors hängt das Risswachstum ab.