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Auswertemethode nach Merkle und Corten

J-Integral-Auswertungsmethode

Grundannahme der Auswertemethode

Bei der Bestimmung von bruchmechanischen Kennwerten nach dem J-Integral-Konzept werden J-Integral-Methoden eingesetzt.

Der Vorschlag zur Bestimmung von J_{I}^{MC} wurde von Merkle und Corten [1, 2] gemacht und basiert auf der Berücksichtung der Verformung des ungekerbten Prüfkörpers:

 J_{I}^{MC}=G+\frac{2}{B(W-a)}\left [ D_{1}A_{G}+D_{2}A_{K}-(D_{1}+D_{2})A_{el} \right ]

für 0 < a/W < 1

mit  D_{1}=\frac{1+\gamma}{1+\gamma^2}\ und \ D_{2}=\frac{\gamma(1-2\gamma-\gamma^2)}{(1+\gamma^2)^2}

Auswertemethode MC1.jpg

Bild 1: Bestimmung des J-Integrals nach Merkle und Corten [1, 2, 4]

Bestimmungsgleichung für CT- und SENB-Prüfkörper

Für den CT-Prüfkörper im ebenen Dehnungszustand (EDZ) gilt für γ die nachfolgende Gleichung:

 \gamma=\frac{\sqrt{2(1+(a|W)^2)}-(1+a|W)}{1-a|W}

Für den SENB-Prüfkörper gilt:

 \gamma=\frac{1,456(W-a)}{s}

Im Fall von größeren Risslängen wurde 1977 von der ASTM-Arbeitsgruppe E24.01.09 (Elastic-Platic-Fracture) folgender Vorschlag gemacht

 J_{I}^{MC77}=\frac{2}{B(W-a)}\left [ D_{1}A_{G}+D_{2}A_{K} \right ]

der 1979 von derselben Arbeitsgruppe [3] noch einmal verändert wurde:

 J_{I}^{MC79}=\frac{2}{B(W-a)} D_{1}A_{G}

Für die Geometriefunktion D1, D2 und γ ergibt sich die nachfolgend grafisch dargestellte Abhängigkeit vom a/W-Verhältnis:

Auswertemethode MC2.jpg

Bild 2: Abhängigkeit der Geometriefaktoren vom a/W-Verhältnis

Auswerteprozedur

Die experimentelle Vorgehensweise zur Ermittlung von geometrieunabhängigen bruchmechanischen Kennwerten mit Hilfe des instrumentierten Kerbschlagbiegeversuches (IKBV) bei dynamischer Beanspruchung wird in der validierten Prozedur des Prüflabors „Mechanische Prüfung von Kunststoffen“: MPK-Prozedur „MPK-IKBV“ ausführlich erläutert [5].


Literaturhinweise

[1] Merkle, J. G., Corten, H. T.: J. of Pressure Vessel Technology, Vol. 96 (1974) 4 p. 286
[2] Merkle, J. G., Corten, H. T.: A J-integral Analysis for the Compact Specimen Considering Axial Forces as well as Bending Effects. Pressure Vessels and Piping Materials Nuclear Conf. Miami Beach, Florida (1974)
[3] Clarke, G. A., Andrews, W. R., Begley, J. A., Donald, J. K. u. a.: Journal of Testing and Evaluation 7 (1979) 1 p. 49–56
[4] Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 271–273 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[5] MPK-Prozedur MPK-IKBV (2016-08): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch