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Rissöffnungsmoden

siehe auch Bruchmoden

Allgemeines

Die Begriffe "Rissöffnungsmoden" und "Rissöffnungsarten" werden in der Literatur zur Bruchmechanik in gleicher Bedeutung verwendet. Die Bruchmechanik geht davon aus, dass der Bruch eines Bauteils und damit des Werkstoffes infolge der Ausbreitung von Anrissen auftritt. Sie untersucht die Bedingungen für die Ausbreitung von Rissen und gestattet es, zwischen der äußeren Beanspruchung, d. h. der am Bauteil oder Prüfkörper wirkenden Nennspannung, der Größe und Form der Anrisse sowie dem Widerstand des Werkstoffes gegen Rissausbreitung quantitative Zusammenhänge herzustellen [1].

Arten der Rissöffnung

Ein Riss in einem Werkstück unterliegt in praxi meistens recht komplizierten Spannungsfeldern, die sich durch die Überlagerung von drei einfachen charakteristischen Beanspruchungsarten (Modi) darstellen lassen (siehe auch: Bruchmoden).

Entsprechend der möglichen Relativbewegung der Rissoberflächen unterscheidet man in Abhängigkeit von der äußeren Beanspruchung zwischen

• Mode I: einfache Rissöffnung; symmetrisches Abheben der Rissufer,
• Mode II: Längsscherung; Abgleiten der Rissoberflächen in der Rissebene
und
• Mode III: Querscherung; Verschiebung der Rissoberflächen quer zur Rissrichtung,

wobei diese Rissöffnungsarten sich am Beispiel eines Randrisses in einer Scheibe schematisch darstellen lassen:

Rissoeffnungsmoden.jpg

Bild: Schematische Darstellung der drei prinzipiell möglichen Rissöffnungsarten

Praktische Bedeutung

Der Rissöffnungsmode I hat in der Praxis die größte Bedeutung [2]. Er ist u. a. wirksam bei Bauteilen mit Innen- bzw. Oberflächenrissen, die auf Zug oder Biegung beansprucht werden, sowie bei Rissen in unter Innendruck stehenden Bauteilen (siehe: Bauteilversagen). Die Moden II und III treten z. B. bei Scher- oder Torsionsbeanspruchungen auf. Mode II und eine gemischte Beanspruchung (Mixed Mode) haben für Faser-Verbundwerkstoffe (FVW) eine größere praktische Bedeutung erlangt. Die Mode III-Prüfungen sind in der Praxis von einer geringern Bedeutung.
Basierend auf der Beschreibung der im Bild dargestellten Bruchmoden wurden spezielle Bruchmechanikprüfkörper entwickelt, die für die Ermittlung geometrieunabhängiger Kennwerte herangezogen werden.

Die Anwendung der Bruchmechanik zur Bewertung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen (FVW) setzt die Verfügbarkeit dieser Kennwerte voraus, deren Ermittlung mit der von Altstädt in [3] beschriebenen Vorgehensweise erfolgen kann (siehe: Prüfung von Verbundwerkstoffen).


Literaturhinweise

[1] Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2011) 2. Auflage, S. 146, (ISBN 978-3-446-42722-8; siehe AMK-Büchersammlung unter A 12)
[2] Blumenauer, H., Pusch, G.: Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Stuttgart (1993) 3. Auflage, (ISBN 3-342-06659-5; siehe AMK-Büchersammlung unter E 29-3)
[3] Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2011) 2. Auflage, S. 656–658, (ISBN 978-3-446-42722-8; siehe AMK-Büchersammlung unter A 12)