IKBV Grenzen bruchmechanischer Bewertung - Versionsgeschichte

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 12:31 Uhr

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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">IKBV Grenzen bruchmechanischer Bewertung</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">IKBV Grenzen bruchmechanischer Bewertung</span>

Loeffler-Kamann am 22. Oktober 2024 um 11:33 Uhr

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	Hinsichtlich der Gewinnung von optimalen Signalformen für eine bruchmechanische Auswertung unter Einhaltung der unter [[IKBV Experimentelle Bedingungen]] formulierten Kontrollbedingungen nach Gl. (1) bis Gl. (3) für den [[instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch\|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch]] leitet sich aus den dargestellten Ergebnissen die Forderung nach s/W = 4, einem niedrigen a/W-Verhältnis und einer niedrigen Pendelhammergeschwindigkeit ab. Damit erhält man für eine Vielzahl von Anwendungsfällen allgemein verwendbare Beanspruchungsbedingungen, wenn der Nachweis der Anwendbarkeit der bruchmechanischen Konzepte zur Beschreibung der [[Zähigkeit]] auch für kleine a/W-Verhältnisse erbracht wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung niedriger [[Auflagerabstand\|Auflagerabstände]] der Widerlager liegt in der Einengung der Möglichkeiten des Durchziehens der Prüfkörper. Dies ist besonders für hochschlagzähe [[Kunststoffe]] von Bedeutung, die naturgemäß hohe Durchbiegungen aufweisen.		Hinsichtlich der Gewinnung von optimalen Signalformen für eine bruchmechanische Auswertung unter Einhaltung der unter [[IKBV Experimentelle Bedingungen]] formulierten Kontrollbedingungen nach Gl. (1) bis Gl. (3) für den [[instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch\|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch]] leitet sich aus den dargestellten Ergebnissen die Forderung nach s/W = 4, einem niedrigen a/W-Verhältnis und einer niedrigen Pendelhammergeschwindigkeit ab. Damit erhält man für eine Vielzahl von Anwendungsfällen allgemein verwendbare Beanspruchungsbedingungen, wenn der Nachweis der Anwendbarkeit der bruchmechanischen Konzepte zur Beschreibung der [[Zähigkeit]] auch für kleine a/W-Verhältnisse erbracht wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung niedriger [[Auflagerabstand\|Auflagerabstände]] der Widerlager liegt in der Einengung der Möglichkeiten des Durchziehens der Prüfkörper. Dies ist besonders für hochschlagzähe [[Kunststoffe]] von Bedeutung, die naturgemäß hohe Durchbiegungen aufweisen.

			==Siehe auch==
			*[[Bruchmechanik]]
			*[[Erkenntnisniveauebenen der Bruchmechanik]]
			*[[Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch]]
			*[[IKBV Experimentelle Bedingungen]]
			*[[Viskoelastisches Werkstoffverhalten]]


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	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), ~~Technische~~ Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), [https://de.wikipedia.org/wiki/Technische_Hochschule_Leuna-Merseburg Technischen Hochschule Merseburg], Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])
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	\|MPK-Prozedur MPK-IKBV (2016-08): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandsverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch		\|[https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/MPK_IKBV_deutsch.pdf MPK-Prozedur MPK-IKBV (2016-08)]: Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandsverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch
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	[[Kategorie:Bruchmechanik]][[Kategorie:Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch]]		[[Kategorie:Bruchmechanik]][[Kategorie:Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch]]

Posch am 12. Januar 2021 um 12:47 Uhr

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	\|DIN EN ISO 179-2 (~~2018~~-08): Kunststoffe ‒ Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften ‒ Teil 2: Instrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung ~~(Normentwurf)~~		\|DIN EN ISO 179-2 (2020-09): Kunststoffe ‒ Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften ‒ Teil 2: Instrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung
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Posch am 16. April 2020 um 12:34 Uhr

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	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([~~http~~://~~web~~.hs-merseburg.de/~~~amk~~/~~files~~/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [~~http~~://~~web~~.hs-merseburg.de/~~~amk~~/~~files~~/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])
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Oluschinski am 12. August 2019 um 10:13 Uhr

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	Für den Einsatz des [[Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch\|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuches]] zur Lösung von Fragestellungen in der Werkstoffentwicklung und -optimierung müssen die Beanspruchungsbedingungen so angepasst werden, dass möglichst viele [[Kunststoffe]] und [[Prüfung von Verbundwerkstoffen\|Verbundwerkstoffe]] unter exakt den gleichen Beanspruchungs- bzw. Prüfbedingungen beurteilt werden [1].		Für den Einsatz des [[Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch\|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuches]] zur Lösung von Fragestellungen in der Werkstoffentwicklung und -optimierung müssen die Beanspruchungsbedingungen so angepasst werden, dass möglichst viele [[Kunststoffe]] und [[Prüfung von Verbundwerkstoffen\|Verbundwerkstoffe]] unter exakt den gleichen Beanspruchungs- bzw. Prüfbedingungen beurteilt werden [1].

	Von besonderer Bedeutung ist die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen einzelnen Beanspruchungsbedingungen im Hinblick auf eine Standardisierung der Methode mit der Zielstellung einer bruchmechanischen Charakterisierung der [[Zähigkeit]] [2, 3].		Von besonderer Bedeutung ist die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen einzelnen Beanspruchungsbedingungen im Hinblick auf eine Standardisierung der Methode mit der Zielstellung einer [[Bruchmechanische Prüfung\|bruchmechanischen Charakterisierung]] der [[Zähigkeit]] [2, 3].

	==Einfluss der Kerbtiefe, der Pendelhammergeschwindigkeit und der Stützweite==		==Einfluss der Kerbtiefe, der Pendelhammergeschwindigkeit und der Stützweite==
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	Dabei muss neben dem Einfluss der Kerbtiefe (siehe auch: [[J-Integral Auswertemethoden]]) und der Pendelhammergeschwindigkeit v<sub>H</sub> (siehe: [[IKBV Einfluss Hammergeschwindigkeit]]) auf die Form der Schlagkraft (F)-Durchbiegungs (f)-Diagramme und das Werkstoffverhalten muss noch der Einfluss der [[Stützweite]] der Prüfkörperauflager auf die [[Messgröße]]n beachtet werden.		Dabei muss neben dem Einfluss der Kerbtiefe (siehe auch: [[J-Integral Auswertemethoden]]) und der Pendelhammergeschwindigkeit v<sub>H</sub> (siehe: [[IKBV Einfluss Hammergeschwindigkeit]]) auf die Form der Schlagkraft (F)-Durchbiegungs (f)-Diagramme und das Werkstoffverhalten muss noch der Einfluss der [[Stützweite]] der Prüfkörperauflager auf die [[Messgröße]]n beachtet werden.

	Während für Polypropylen im gesamten a/W- und s/W-Bereich für v<sub>H</sub> = 1ms<sup>-1</sup> in [1] bruchmechanisch auswertbare F-f-Diagramme erhalten wurden, wird für eine Vielzahl von Werkstoffen, insbesondere hochschlagzähe [[Polymer]]werkstoffe und modifizierte, d. h. [[~~Kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe~~\|gefüllte und verstärkte Polymerwerkstoffe]], in Abhängigkeit von der Werkstoffstruktur eine Grenze der bruchmechanischen Bewertungsmöglichkeit bereits bei Raumtemperatur erreicht. Dabei kann auch eine höhere elektronische Verstärkung keine Werkstoffaussage liefern, da die maximale Schlagkraft im Vergleich mit der überlagerten Schwingung zu klein ist (vgl. [[IKBV Experimentelle Bedingungen]]). Ein weiteres Problem besteht für die gefüllten und verstärkten Kunststoffe darin, dass häufig keine instabile [[Rissausbreitung]] auftritt.		Während für Polypropylen im gesamten a/W- und s/W-Bereich für v<sub>H</sub> = 1ms<sup>-1</sup> in [1] bruchmechanisch auswertbare F-f-Diagramme erhalten wurden, wird für eine Vielzahl von Werkstoffen, insbesondere hochschlagzähe [[Polymer]]werkstoffe und modifizierte, d. h. [[Teilchengefüllte Kunststoffe\|gefüllte]] und [[Faserverstärkte Kunststoffe\|verstärkte Polymerwerkstoffe]], in Abhängigkeit von der Werkstoffstruktur eine Grenze der bruchmechanischen Bewertungsmöglichkeit bereits bei Raumtemperatur erreicht. Dabei kann auch eine höhere elektronische Verstärkung keine Werkstoffaussage liefern, da die maximale Schlagkraft im Vergleich mit der überlagerten Schwingung zu klein ist (vgl. [[IKBV Experimentelle Bedingungen]]). Ein weiteres Problem besteht für die gefüllten und verstärkten Kunststoffe darin, dass häufig keine instabile [[Rissausbreitung]] auftritt.

	Zur Ableitung der allgemeinen Zusammenhänge wurden in [1] zwei Werkstoffbeispiele für chloriertes PVC ([[Kurzzeichen]]: PVC-C) und Polyamid 6 ([[Kurzzeichen]]: PA 6) erläutert. In '''Bild 1''' werden die F-f-Diagramme für ausgewählte a/W- und s/W-Verhältnisse bei einer möglichst niedrigen Pendelhammergeschwindigkeit (v<sub>H</sub> = 0,5 ms<sup>-1</sup>) bei Raumtemperatur dargestellt.		Zur Ableitung der allgemeinen Zusammenhänge wurden in [1] zwei Werkstoffbeispiele für chloriertes PVC ([[Kurzzeichen]]: PVC-C) und Polyamid 6 ([[Kurzzeichen]]: PA 6) erläutert. In '''Bild 1''' werden die F-f-Diagramme für ausgewählte a/W- und s/W-Verhältnisse bei einer möglichst niedrigen Pendelhammergeschwindigkeit (v<sub>H</sub> = 0,5 ms<sup>-1</sup>) bei Raumtemperatur dargestellt.
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	\|Grellmann, W.: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])
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{{PSM_Infobox}}
IKBV Grenzen bruchmechanischer Bewertung
__FORCETOC__
==Anforderungen an die Beanspruchungsbedingungen==

Für den Einsatz des [[Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuches]] zur Lösung von Fragestellungen in der Werkstoffentwicklung und -optimierung müssen die Beanspruchungsbedingungen so angepasst werden, dass möglichst viele [[Kunststoffe]] und [[Prüfung von Verbundwerkstoffen|Verbundwerkstoffe]] unter exakt den gleichen Beanspruchungs- bzw. Prüfbedingungen beurteilt werden [1].

Von besonderer Bedeutung ist die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen einzelnen Beanspruchungsbedingungen im Hinblick auf eine Standardisierung der Methode mit der Zielstellung einer bruchmechanischen Charakterisierung der [[Zähigkeit]] [2, 3].

==Einfluss der Kerbtiefe, der Pendelhammergeschwindigkeit und der Stützweite==

Dabei muss neben dem Einfluss der Kerbtiefe (siehe auch: [[J-Integral Auswertemethoden]]) und der Pendelhammergeschwindigkeit vH (siehe: [[IKBV Einfluss Hammergeschwindigkeit]]) auf die Form der Schlagkraft (F)-Durchbiegungs (f)-Diagramme und das Werkstoffverhalten muss noch der Einfluss der [[Stützweite]] der Prüfkörperauflager auf die [[Messgröße]]n beachtet werden.

Während für Polypropylen im gesamten a/W- und s/W-Bereich für vH = 1ms-1 in [1] bruchmechanisch auswertbare F-f-Diagramme erhalten wurden, wird für eine Vielzahl von Werkstoffen, insbesondere hochschlagzähe [[Polymer]]werkstoffe und modifizierte, d. h. [[Kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe|gefüllte und verstärkte Polymerwerkstoffe]], in Abhängigkeit von der Werkstoffstruktur eine Grenze der bruchmechanischen Bewertungsmöglichkeit bereits bei Raumtemperatur erreicht. Dabei kann auch eine höhere elektronische Verstärkung keine Werkstoffaussage liefern, da die maximale Schlagkraft im Vergleich mit der überlagerten Schwingung zu klein ist (vgl. [[IKBV Experimentelle Bedingungen]]). Ein weiteres Problem besteht für die gefüllten und verstärkten Kunststoffe darin, dass häufig keine instabile [[Rissausbreitung]] auftritt.

Zur Ableitung der allgemeinen Zusammenhänge wurden in [1] zwei Werkstoffbeispiele für chloriertes PVC ([[Kurzzeichen]]: PVC-C) und Polyamid 6 ([[Kurzzeichen]]: PA 6) erläutert. In '''Bild 1''' werden die F-f-Diagramme für ausgewählte a/W- und s/W-Verhältnisse bei einer möglichst niedrigen Pendelhammergeschwindigkeit (vH = 0,5 ms-1) bei Raumtemperatur dargestellt.

[[Datei:IKBV_grenzen_1.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Grenze der bruchmechanischen Bewertungsmöglichkeit für chloriertes PVC ([[Kurzzeichen]]: PVC-C) (RT; vH = 0,5 ms-1)
|}

In '''Bild 2''' werden die im [[instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch]] registrierten F-f-Diagramme für Polyamid 6 ([[Kurzzeichen]]: PA6) für verschiedene a/W- und s/W-Verhältnisse bei einer Pendelhammergeschwindigkeit von vH = 0,5 ms-1 bei T = 273 K gezeigt.

[[Datei:IKBV_grenzen_2.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Grenze der bruchmechanischen Bewertungsmöglichkeit der Schlagkraft-Durchbiegungs-Diagramme von Polyamid 6 ([[Kurzzeichen]]: PA 6) bei Variation des a/W- und s/W-Verhältnisses
|}

==Grenzen der bruchmechanischen Bewertungsmöglichkeit==

Aus den dargestellten Beispielen wird deutlich:

1. die maximale Schlagkraft Fmax nimmt mit zunehmendem a/W und s/W ab

2. die [[Aufschlagimpuls|Trägheitskraft]] F1 ist unabhängig von a/W und s/W

3. die Periode der Trägheitsschwingung τ nimmt mit zunehmendem s/W zu

4. mit zunehmendem a/W und s/W wird die Beziehung Fmax > F1 immer schlechter erfüllbar und gleichzeitig wird die bessere Erfüllung der Beziehung tB > 2,3…3τ bedeutungslos.

Während für PVC-C die Grenze der bruchmechanischen Auswertbarkeit der Diagramme bei a/W = 0,45 und s/W = 7 erreicht wird, liegt diese z. B. für den PA 6-Werkstoff bereits bei niedrigeren Beanspruchungsbedingungen (T = 273 K; vH = 0,5 ms-1; a/W = 0,45; s/W = 6).

==Optimierung der Signalform für eine bruchmechanische Auswertung==

Hinsichtlich der Gewinnung von optimalen Signalformen für eine bruchmechanische Auswertung unter Einhaltung der unter [[IKBV Experimentelle Bedingungen]] formulierten Kontrollbedingungen nach Gl. (1) bis Gl. (3) für den [[instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch|instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch]] leitet sich aus den dargestellten Ergebnissen die Forderung nach s/W = 4, einem niedrigen a/W-Verhältnis und einer niedrigen Pendelhammergeschwindigkeit ab. Damit erhält man für eine Vielzahl von Anwendungsfällen allgemein verwendbare Beanspruchungsbedingungen, wenn der Nachweis der Anwendbarkeit der bruchmechanischen Konzepte zur Beschreibung der [[Zähigkeit]] auch für kleine a/W-Verhältnisse erbracht wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung niedriger [[Auflagerabstand|Auflagerabstände]] der Widerlager liegt in der Einengung der Möglichkeiten des Durchziehens der Prüfkörper. Dies ist besonders für hochschlagzähe [[Kunststoffe]] von Bedeutung, die naturgemäß hohe Durchbiegungen aufweisen.

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Grellmann, W.: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])
|-valign="top"
|[2]
|DIN EN ISO 179-2 (2012-06): Kunststoffe ‒ Bestimmung der Charpy-Schlageigenschaften ‒ Teil 2: Instrumentierte Schlagzähigkeitsprüfung
|-valign="top"
|[3]
|MPK-Prozedur MPK-IKBV (2016-08): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandsverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch
|}

[[Kategorie:Bruchmechanik]][[Kategorie:Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch]]