ENF-Prüfkörper

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ENF-Prüfkörper

Inhaltsverzeichnis

Allgemeines

Die angelsächsische Abkürzung ENF steht für "End-Notched Flexure".

Der ENF-Prüfkörper wird zur Bestimmung der interlaminaren Risszähigkeiten von Mode II-Belastung verwendet. Als bruchmechanische Kenngröße wird eine kritische Energiefreisetzungsrate in ebener Dehnung ermittelt. Es wird eine Scherbeanspruchung ohne große Reibung zwischen den Oberflächen eines Risses vorausgesetzt. Schubspannungen und -dehnungen vor der Rissspitze (siehe auch Rissöffnung) können Einfluss auf die Berechnung der Energiefreisetzungsrate haben.

Prüfkörperform

Bild 1: Schematische Darstellung des ENF-Prüfkörpers

Bestimmungsgleichung

Zur Berechnung der Energiefreisetzungsrate GIIc für EDZ gilt die Gleichung

G_{IIc} = \frac{9 \cdot F^2 \cdot a^2 \cdot C_b}{2 \cdot W \left (2 \cdot L^3 + 3 \cdot a^3 \right) }  \left [ \frac{J}{m^2} \right ]

mit:

a Risslänge
F Versagenskraft (Fmax)
Cb Nachgiebigkeit des Prüfkörpers bei F
W Prüfkörperbreite
L Abstand zwischen Druckfinne und Auflage

Als konservative Abschätzung der Nachgiebigkeit ist in vielen Fällen die einfache Balkentheorie ausreichend; der Versuch wird mit einer Dreipunktbiegevorrichtung und einem definierten Anfangsriss von 25 mm durchgeführt.

Bild 2: ENF-Prüfkörper im unbelasteten und belasteten Zustand nach JIS K 7086

Die Nachgiebigkeit kann experimentell bestimmt oder berechnet werden nach

C = \frac{2 \cdot L^3+3 \cdot a^3}{8 \cdot E \cdot f \cdot d^3}

mit:

E Biegemodul in axialer Richtung
d halbe Balkenhöhe
f Durchbiegung
L halber Auflagerabstand

Durch Einsetzen dieser Gleichungen erhält man eine berechnete Energiefreisetzungsrate

G_{IIc} = \frac{9 \cdot F^2 \cdot a^2}{16 \cdot W \cdot f \cdot d^3 \cdot E}

Eine umfangreiche Zusammenstellung von geeigneten Prüfkörpern für bruchmechanische Untersuchungen an Kunststoffen und Verbundwerkstoffen ist in Prüfkörper für bruchmechanische Prüfungen enthalten.


Literaturhinweise

  • Carlsson, L. A., Pipes, R. B.: Hochleistungsverbundwerkstoffe, B. G. Teubner, Stuttgart (1989)
  • Valisetly, R. R., Chamis, C. C.: ASTM STP 972 (1988) 41–72 (Composite Materials. Testing and Design / Eighth Conference)
  • Russel, A. J., Street, K. N.: Moisture and Temperature Effects on the Mixed Mode Delamination. Fracture of Unidirectional Graphite / Epoxy. Delamination and Deponding of Materials, ASTM STP 876 (1985) 349
  • Hodgkinson, J. M. (Ed.): Mechanical Testing of Advanced Fibre Composites, Woodhead Publishing, Cambridge (2000)
  • Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 582/583 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
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