ODCB- bzw. MC-DCB-Prüfkörper - Versionsgeschichte

Oluschinski am 28. August 2026 um 05:12 Uhr

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	==Prüfkörperform==		==Prüfkörperform==

	'''Bild 1''' skizziert den ODCB- bzw. MC-DCB-Prüfkörper. Bei der Prüfung von Klebverbindungen ist h<sub>0</sub> die Höhe und w die Breite der Klebschicht, die restlichen Querschnittsanteile des Prüfkörpers sind die Fügeteile. Bei der Prüfung von ~~[[Kunststoffe~~]]n sollten die Prüfkörper monolithisch gefertigt und vor der Prüfung gekerbt werden. Wird ein sehr sprödes [[Bruchverhalten]] erwartet, empfiehlt sich unter Umständen eine Verstärkung der Prüfkörper [2].		'''Bild 1''' skizziert den ODCB- bzw. MC-DCB-Prüfkörper. Bei der Prüfung von Klebverbindungen ist h<sub>0</sub> die Höhe und w die Breite der Klebschicht, die restlichen Querschnittsanteile des Prüfkörpers sind die Fügeteile. Bei der [[Kunststoffprüfung\|Prüfung von Kunststoffen]] sollten die [[Prüfkörper]] monolithisch gefertigt und vor der Prüfung gekerbt werden (siehe: [[Kerbeinbringung]]). Wird ein sehr [[Sprödbruchfördernde Faktoren\|sprödes]] [[Bruchverhalten]] erwartet, empfiehlt sich unter Umständen eine Verstärkung der Prüfkörper [2].

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	Zur Durchführung von ODCB- bzw. MC-DCB-Versuchen wird eine biaxiale Materialprüfmaschine benötigt, die sowohl axiale als auch torsionale Beanspruchungen simultan und unabhängig voneinander geregelt aufbringen kann. Solche Prüfmaschinen werden (sowohl elektromechanisch/-dynamisch als auch servo-hydraulisch) von allen [[Hersteller von Materialprüfmaschinen\|Herstellern]] von Materialprüfmaschinen in unterschiedlichen Lastbereichen angeboten. Querkräfte auf den Laststrang müssen durch geeignete konstruktive Maßnahmen zwingend vermieden werden.		Zur Durchführung von ODCB- bzw. MC-DCB-Versuchen wird eine biaxiale Materialprüfmaschine benötigt, die sowohl axiale als auch torsionale Beanspruchungen simultan und unabhängig voneinander geregelt aufbringen kann. Solche Prüfmaschinen werden (sowohl elektromechanisch/-dynamisch als auch servo-hydraulisch) von allen [[Hersteller von Materialprüfmaschinen\|Herstellern]] von Materialprüfmaschinen in unterschiedlichen Lastbereichen angeboten. Querkräfte auf den Laststrang müssen durch geeignete konstruktive Maßnahmen zwingend vermieden werden.


			'''Danksagung'''

			Die Herausgeber des [[Startseite\|WIKI-Lexikons]] "[[Kunststoffprüfung]] und [[Kunststoffdiagnostik\|Diagnostik]]" danken Herrn Prof. Dr.-Ing. Stephan Marzi [https://www.thm.de/site/ Technische Hochschule Mittelhessen, Fachbereich Maschinenbau und Energietechnik] für dessen Gastbeitrag.

	==Siehe auch==		==Siehe auch==
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	*[[Mixed-Mode-Rissausbreitung]]		*[[Mixed-Mode-Rissausbreitung]]

			==Literaturhinweise==
	~~'''~~Literaturhinweise~~'''~~
	{\|		{\|
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	\|[1]		\|[1]
	\|Loh, L., Marzi, S.: An out-of-plane loaded double cantilever beam (ODCB) test to measure the critical energy release rate in mode III of adhesive joints. International Journal of Adhesion and Adhesives 83 (2018) 24–30, special issue on joint design~~, DOI:~~ [https://~~www~~.~~sciencedirect~~.~~com~~/~~science/article/abs/pii/S014374961830054X~~ 10.1016/j.ijadhadh.2018.02.021]		\|Loh, L., Marzi, S.: An out-of-plane loaded double cantilever beam (ODCB) test to measure the critical energy release rate in mode III of adhesive joints. International Journal of Adhesion and Adhesives 83 (2018) 24–30, special issue on joint design; [https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2018.02.021 10.1016/j.ijadhadh.2018.02.021]
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	\|[2]		\|[2]
	\|Schrader, P., Gosch, A., Berer, M., Marzi, S.: Fracture of thin-walled polyoxymethylene bulk specimens in modes I and III. Materials 13 (2020) 22, 5096~~, DOI:~~ [https://~~www~~.~~mdpi~~.~~com/1996-1944/13/22~~/~~5096~~ 10.3390/ma13225096]		\|Schrader, P., Gosch, A., Berer, M., Marzi, S.: Fracture of thin-walled polyoxymethylene bulk specimens in modes I and III. Materials 13 (2020) 22, 5096; [https://doi.org/10.3390/ma13225096 10.3390/ma13225096]
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[3]		\|[3]
	\|Loh, L., Marzi, S.; Mixed-mode I+III tests on hyperelastic adhesive joints at prescribed mode-mixity. International Journal of Adhesion and Adhesives 85 (2018) 113–122~~, DOI:~~ [https://~~www~~.~~sciencedirect~~.~~com~~/~~science/article/abs/pii/S0143749618301519~~ 10.1016/j.ijadhadh.2018.05.024]		\|Loh, L., Marzi, S.; Mixed-mode I+III tests on hyperelastic adhesive joints at prescribed mode-mixity. International Journal of Adhesion and Adhesives 85 (2018) 113–122; [https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2018.05.024 10.1016/j.ijadhadh.2018.05.024]
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[4]		\|[4]
	\|Loh, L., Marzi, S.: A novel experimental methodology to identify fracture envelopes and cohesive laws in mixed-mode I+III. Engineering Fracture Mechanics 214 (2019) 304–319~~, DOI:~~ [https://~~www~~.~~sciencedirect~~.~~com~~/~~science/article/abs/pii/S0013794418314310~~ 10.1016/j.engfracmech.2019.03.011]		\|Loh, L., Marzi, S.: A novel experimental methodology to identify fracture envelopes and cohesive laws in mixed-mode I+III. Engineering Fracture Mechanics 214 (2019) 304–319; [https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.03.011 10.1016/j.engfracmech.2019.03.011]
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	\|[5]		\|[5]
	\|Marzi, S.: Experimental determination of coupled cohesive laws with an unsymmetrical stiffness matrix for structural adhesive joints loaded in mixed-mode I+III. Engineering Fracture Mechanics 283 (2023) 109215~~, DOI:~~ [https://~~www~~.~~sciencedirect~~.~~com~~/~~science/article/abs/pii/S001379442300173X~~ 10.1016/j.engfracmech.2023.109215]		\|Marzi, S.: Experimental determination of coupled cohesive laws with an unsymmetrical stiffness matrix for structural adhesive joints loaded in mixed-mode I+III. Engineering Fracture Mechanics 283 (2023) 109215; [https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2023.109215 10.1016/j.engfracmech.2023.109215]
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	\|[6]		\|[6]
	\|Schrader, P., Marzi, S.: Mode III testing of structural adhesive joints at elevated loading rates. International Journal of Adhesion and Adhesives 113 (2022) 103078~~, DOI:~~ [https://~~www~~.~~sciencedirect~~.~~com~~/~~science/article/abs/pii/S0143749621002815~~ 10.1016/j.ijadhadh.2021.103078]		\|Schrader, P., Marzi, S.: Mode III testing of structural adhesive joints at elevated loading rates. International Journal of Adhesion and Adhesives 113 (2022) 103078; [https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2021.103078 10.1016/j.ijadhadh.2021.103078]
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ODCB- bzw. MC-DCB-Prüfkörper (Autor: Prof. Dr.-Ing. Stephan Marzi)
__FORCETOC__

==Allgemeines==

Mit dem ODCB-Prüfkörper (Abk. für engl. Out-of-Plane loaded Double Cantilever Beam [1, 2]) lässt sich die [[Energiefreisetzungsrate]] im [[Rissöffnungsmoden|Mode III]] an [[Polymer]]en sowie an [[Klebverbindungen – Kennwertermittlung|Klebverbindungen]] bestimmen. Der ODCB-Versuch ähnelt in seinem Prinzip dem [[SCB-Prüfkörper]], jedoch erfolgt die Belastung nicht durch eine Kraft sondern durch ein Moment und besitzt die folgenden nennenswerten Eigenschaften:
*Das [[Rissausbreitung|Risswachstum]] im Mode III erfolgt bei konstantem Moment, deren Quadrat proportional zur Energiefreisetzungsrate ist.
*Die Energiefreisetzungsrate hängt nicht von der Rissposition ab, somit muss diese während des Versuchs nicht messtechnisch erfasst werden.
*Das Risswachstum ist sowohl in Winkel- als auch in Momentenregelung (z. B. Retardationsversuch) stabil.

Nachteilig ist der verglichen zum SCB-Prüfkörper deutlich aufwändigere Prüfaufbau, der zudem auch eine torsionale Prüfachse der [[Materialprüfmaschine]] erfordert. Wird der Prüfkörper in einer biaxialen Prüfmaschine zusätzlich wie in einem [[DCB-Prüfkörper|DCB-Versuch]] belastet, so kann Risswachstum im [[Mixed-Mode-Rissausbreitung|Mixed-Mode]] I+III untersucht werden. In diesem Fall heißt der Prüfkörper MC-DCB (Abk. für engl. Mixed-Mode Controlled Double Cantilever Beam [3‒6]). Sofern der Mode I-Anteil über das [[J-Integral-Konzept|J-Integral]] ausgewertet wird, wird auch hier die Energiefreisetzungsrate unabhängig von der Rissposition und es kann (abhängig von den Fähigkeiten des Maschinenreglers) auf vorgeschriebene konstante oder auch variable Modenverhältnisse geregelt werden.

==Prüfkörperform==

'''Bild 1''' skizziert den ODCB- bzw. MC-DCB-Prüfkörper. Bei der Prüfung von Klebverbindungen ist h0 die Höhe und w die Breite der Klebschicht, die restlichen Querschnittsanteile des Prüfkörpers sind die Fügeteile. Bei der Prüfung von [[Kunststoffe]]n sollten die Prüfkörper monolithisch gefertigt und vor der Prüfung gekerbt werden. Wird ein sehr sprödes [[Bruchverhalten]] erwartet, empfiehlt sich unter Umständen eine Verstärkung der Prüfkörper [2].

[[Datei:odbc-pruefkoerper_1.jpg|750px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |ODCB / MC-DCB-Prüfkörper
|}

mit
{|
|-
|a
|width="15px" |
|Anfangsrisslänge
|-
|H
|
|ungekerbte Prüfkörperhöhe
|-
|h0
|
|Höhe der V-Kerbe (bei kompakten Prüfkörpern) bzw. Klebschichtdicke (bei Klebverbindungen)
|-
|h1
|
|Kerbhöhe vor Anriss
|-
|L
|
|Prüfkörperlänge
|-
|M
|
|Moment (Last)
|-
|P
|
|Kraft (Last)
|-
|W
|
|Prüfkörperbreite
|-
|w
|
|Kerbbreite
|-
|w1
|
|Stegbreite
|-
|α
|
|Winkel zur Mode III-Belastung (ODCB-Teil)
|-
|δ
|
|Weg des Krafteinleitungspunktes (DCB-Teil)
|-
|θ
|
|Rotation des Krafteinleitungspunktes (DCB-Teil)
|}

==Bestimmungsgleichung==

Die Energiefreisetzungsraten lassen sich getrennt für die beiden Moden I und III berechnen:

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> G_I = \frac{P \theta}{W'}</math>
|(1)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> G_{III} = \frac{M^2}{2WEI_3'}</math>
|(2)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> G = G_{I} + G_{III}</math>
|(3)
|}

Die Biegesteifigkeit EI3 (Kehrwert der [[Probennachgiebigkeit|Nachgiebigkeit]]) kann im Versuch direkt aus dem Verhältnis des Moments M und des Drehwinkels α bestimmt werden, EI3 = M/α. Da keine Abhängigkeit von der Rissposition a vorliegt, ist keine aufwändige Nachgiebigkeitskalibrierung erforderlich.

==Prüfsystem zur Durchführung von ODCB-/MC-DCB-Versuchen==

Zur Durchführung von ODCB- bzw. MC-DCB-Versuchen wird eine biaxiale Materialprüfmaschine benötigt, die sowohl axiale als auch torsionale Beanspruchungen simultan und unabhängig voneinander geregelt aufbringen kann. Solche Prüfmaschinen werden (sowohl elektromechanisch/-dynamisch als auch servo-hydraulisch) von allen [[Hersteller von Materialprüfmaschinen|Herstellern]] von Materialprüfmaschinen in unterschiedlichen Lastbereichen angeboten. Querkräfte auf den Laststrang müssen durch geeignete konstruktive Maßnahmen zwingend vermieden werden.

==Siehe auch==
*[[Prüfkörper für bruchmechanische Prüfungen]]
*[[Steifigkeit]]
*[[Biegeversuch Nachgiebigkeit]]
*[[Probennachgiebigkeit]]
*[[Mixed-Mode-Rissausbreitung]]

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Loh, L., Marzi, S.: An out-of-plane loaded double cantilever beam (ODCB) test to measure the critical energy release rate in mode III of adhesive joints. International Journal of Adhesion and Adhesives 83 (2018) 24–30, special issue on joint design, DOI: [https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S014374961830054X 10.1016/j.ijadhadh.2018.02.021]
|-valign="top"
|[2]
|Schrader, P., Gosch, A., Berer, M., Marzi, S.: Fracture of thin-walled polyoxymethylene bulk specimens in modes I and III. Materials 13 (2020) 22, 5096, DOI: [https://www.mdpi.com/1996-1944/13/22/5096 10.3390/ma13225096]
|-valign="top"
|[3]
|Loh, L., Marzi, S.; Mixed-mode I+III tests on hyperelastic adhesive joints at prescribed mode-mixity. International Journal of Adhesion and Adhesives 85 (2018) 113–122, DOI: [https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0143749618301519 10.1016/j.ijadhadh.2018.05.024]
|-valign="top"
|[4]
|Loh, L., Marzi, S.: A novel experimental methodology to identify fracture envelopes and cohesive laws in mixed-mode I+III. Engineering Fracture Mechanics 214 (2019) 304–319, DOI: [https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013794418314310 10.1016/j.engfracmech.2019.03.011]
|-valign="top"
|[5]
|Marzi, S.: Experimental determination of coupled cohesive laws with an unsymmetrical stiffness matrix for structural adhesive joints loaded in mixed-mode I+III. Engineering Fracture Mechanics 283 (2023) 109215, DOI: [https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S001379442300173X 10.1016/j.engfracmech.2023.109215]
|-valign="top"
|[6]
|Schrader, P., Marzi, S.: Mode III testing of structural adhesive joints at elevated loading rates. International Journal of Adhesion and Adhesives 113 (2022) 103078, DOI: [https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0143749621002815 10.1016/j.ijadhadh.2021.103078]
|}

[[Kategorie:Bruchmechanik]]
[[Kategorie:Prüfkörper]]

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