Reißmodul

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Reißmodul

auch Tearingmodul

Formelzeichen: TJ
Einheit: [-]

Die Phasen der Rissausbreitung in Kunststoffen werden durch die Stadien der Rissabstumpfung, der physikalischen Rissinitiierung und der Rissausbreitung charakterisiert. Zur Bewertung des Werkstoffwiderstandes gegenüber Rissausbreitung wird als zusätzliche Werkstoffkenngröße aus dem Anstieg einer Risswiderstandskurve (Risswiderstands-(R-) Kurve) der Reißmodul bzw. Tearingmodul bestimmt, der den Widerstand gegen stabile Rissausbreitung quantifiziert [1–5].

Erfolgt die Konstruktion der R-Kurve mit dem Rissfeldparameter J (siehe: J-Integral-Konzept), kann der Werkstoffkennwert, der den Werkstoffwiderstand gegenüber stabiler Rissausbreitung beschreibt, als Zahlenwert des Tearing- oder Reißmodul TJ (siehe auch: JTJ-Konzept)

T_J\,=\,\frac{d J}{d (\Delta a)}\,\cdot\,\frac{E}{{\sigma_F}^2}

mit

∆a stabile Rissverlängerung, Abstand zwischen Kerbende und Rissfront nach stabiler Belastung
E Elastizitätsmodul
σF Fließspannung (siehe: Streckspannung)

abgeleitet werden.

Die Ermittlung des Elastizitätsmoduls erfolgt bei Dreipunktbiegebeanspruchung nach der Gleichung

E_{d}=\frac{F_{gy}\ s^3}{4BW^3f_{gy}}

In Analogie zur Nutzung von J kann zur Konstruktion einer R-Kurve als Belastungsparameter auch die Rissöffnungsverschiebung δ herangezogen werden

T_\delta\,=\,\frac{\delta}{d (\Delta a)}\,\cdot\,\frac{E}{\sigma_F}

Die Kenngrößen TJ und Tδ unterscheiden sich in ihrer Aussagekraft infolge der unterschiedlichen Bewertung der plastischen Deformation.

Diese Kennwerte werden mit den derzeitig gültigen Standards [6–8] bzw. Standardentwürfen nicht erfasst. Andererseits konnte in [9–12] gezeigt werden, dass sich morphologische Änderungen in Polymeren wesentlich stärker auf das Rissausbreitungs- als auf das Rissinitiierungsverhalten auswirken können. Unter diesem Aspekt ist die quantitative Einbeziehung des Rissausbreitungsverhaltens über die von den Standards gesetzten Grenzen hinaus für einen effektiven Einsatz der Bruchmechanik insbesondere auf dem Gebiet der Werkstoffentwicklung notwendig.


Literaturhinweise

[1] Grellmann, W., Seidler, S., (Hrsg): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 261, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A18)
[2] Will, P., Michel, B.: Zerbst, U.: JTJ-gesteuertes Risswachstum und die Energiebilanz am duktilen Riss. Technische Mechanik 7 (1986) S. 58-60
[3] Will, P.: Integralkriterien und ihre Anwendung in der Bruchmechanik. Fortschritt-Berichte, VDI-Reihe 18: Mechanik/ Bruchmechanik Nr. 56, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (1988)
[4] Will, P., Michel, B., Schaper, M.: Justification of Nonlinear J-Resistance Curves. Engng. Frac. Mechanics 37 (1990) 275–281
[5] Will, P.: R-Curves of Energy Dissipative Materials. J. of Materials Science 29 (1994) 2335–2340
[6] Standard Draft ESIS TC 4 (2001): A Testing Protocol for Conduction J-Crack Growth Resistance Curve Tests on Plastics.
[7] Standard Draft ESIS TC 4 (1996): A Testing Protocol for Conducting J-Crack Growth Resistance Curve Tests for Plastics under Impact Conditions
[8] ASTM D 6068 (2010): Standard Test Method for Determining J–R Curves of Plastic Materials
[9] Seidler, S., Grellmann, W.: Zähigkeit von teilchengefüllten und kurzfaserverstärkten Polymerwerkstoffen. Fortschr.-Berichte VDI-Reihe 18: Mechanik/ Bruchmechanik Nr. 92, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (1991), (ISBN-18-149218-3; siehe AMK-Büchersammlung unter A 4)
[10] Seidler, S.: Anwendung des Risswiderstandskonzeptes zur Ermittlung strukturbezogener bruchmechanischer Werkstoffkenngrößen bei dynamischer Beanspruchung, Habilitation (1997); Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, VDI Verlag GmbH Düsseldorf, (ISBN 3-318-323118-2; siehe AMK-Büchersammlung unter B 2-1)
[11] Grellmann, W.; Seidler, S.: J-Integral of Fibre Reinforced Thermoplastics. Journal of Polymer Engineering 11 (1992) 71–101
[12] Seidler, S.; Grellmann, W.: Fracture Behaviour and Morphology of PC/ABS Blends. Journal of Materials Science 28 (1993) 4078–4084
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