Auswertemethode nach Merkle und Corten

Aus Lexikon der Kunststoffprüfung
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Auswertemethode nach Merkle und Corten

J-Integral-Auswertungsmethode

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}

Datei:auswertemethode_MC1.jpg

Bild 1: Bestimmung des J-Integrals nach MERKLE und CORTEN [1, 2, 4]

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:

Datei:auswertemethode_MC2.jpg

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

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
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