Pure Shear-Prüfkörper - Versionsgeschichte

Oluschinski am 9. Januar 2026 um 09:02 Uhr

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	==Prüfkörperformen für die Elastomerprüfung==		==Prüfkörperformen für die Elastomerprüfung==

	Der Pure Shear-Prüfkörper wird neben dem Single-Edge-Notched Band ([[SENB-Prüfkörper]]) und dem [[~~Trousers~~-Prüfkörper]] zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte (siehe: [[Bruchmechanische Prüfung]]) von [[Elastomere\|Elastomer]]-Werkstoffen eingesetzt [1‒4].<br>		Der Pure Shear-Prüfkörper wird neben dem Single-Edge-Notched Band ([[SENB-Prüfkörper]]) und dem [[Trouser-Prüfkörper]] zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte (siehe: [[Bruchmechanische Prüfung]]) von [[Elastomere\|Elastomer]]-Werkstoffen eingesetzt [1‒4].<br>
	Die Anwendung der Konzepte der [[Bruchmechanik]] für die Charakterisierung des Deformations- und Bruchverhaltens von Elastomeren ist mit grundlegenden Schwierigkeiten verbunden, da [[Elastomere]] weder ein [[Deformation#Elastische Deformation\|linear-elastisches]], noch ein elastisch-plastisches Werkstoffverhalten aufweisen. Außerdem ist die [[Deformation]] nicht auf den Bereich vor und um die Rissspitze beschränkt und auch hochdeformierte [[Riss]]e bleiben nicht scharf wie beim [[Rissmodell nach GRIFFITH\|GRIFFITH-Modell]]. Es gibt keine Energiedissipation durch Plastizität und die Bruchprozesse sind spröd [5].		Die Anwendung der Konzepte der [[Bruchmechanik]] für die Charakterisierung des Deformations- und Bruchverhaltens von Elastomeren ist mit grundlegenden Schwierigkeiten verbunden, da [[Elastomere]] weder ein [[Deformation#Elastische Deformation\|linear-elastisches]], noch ein elastisch-plastisches Werkstoffverhalten aufweisen. Außerdem ist die [[Deformation]] nicht auf den Bereich vor und um die Rissspitze beschränkt und auch hochdeformierte [[Riss]]e bleiben nicht scharf wie beim [[Rissmodell nach GRIFFITH\|GRIFFITH-Modell]]. Es gibt keine Energiedissipation durch Plastizität und die Bruchprozesse sind spröd [5].

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	* [[~~Trousers~~-Prüfkörper]]:		* [[Trouser-Prüfkörper]]:

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	[[SENT-Prüfkörper]] haben den Vorteil, dass sie relativ einfach durch Ausstanzen herstellbar sind und im Vergleich zum Pure Shear-Prüfkörper mit einem geringeren Materialeinsatz verbunden sind. [[~~Trousers~~-Prüfkörper]] sind aufgrund der Tatsache, dass sie auch für die Durchführung des konventionellen [[Weiterreißversuch]]es verwendet werden können, auch relativ verbreitet für die Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte [7–9]. Es ist bei der Verwendung von ~~Trousers~~-Prüfkörpern zu berücksichtigen, dass der [[Ebener Spannungszustand\|Spannungszustand]] vor der Rissspitze im Vergleich zum SENT- und Pure Shear-Prüfkörper sehr komplex ist. Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass sämtliche äußere Verformungsenergie nur für die Erweiterung des [[Riss]]es aufgewendet wird, das heißt, es darf keine ausgeprägte elastische [[Deformation]] des [[Prüfkörper]]s stattfinden. Oftmals wird G<sub>c</sub> bzw. T für den Fall der Verwendung von [[~~Trousers~~-Prüfkörper]]n nach folgender Gl. (5) bestimmt:		[[SENT-Prüfkörper]] haben den Vorteil, dass sie relativ einfach durch Ausstanzen herstellbar sind und im Vergleich zum Pure Shear-Prüfkörper mit einem geringeren Materialeinsatz verbunden sind. [[Trouser-Prüfkörper]] sind aufgrund der Tatsache, dass sie auch für die Durchführung des konventionellen [[Weiterreißversuch]]es verwendet werden können, auch relativ verbreitet für die Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte [7–9]. Es ist bei der Verwendung von Trouser-Prüfkörpern zu berücksichtigen, dass der [[Ebener Spannungszustand\|Spannungszustand]] vor der Rissspitze im Vergleich zum SENT- und Pure Shear-Prüfkörper sehr komplex ist. Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass sämtliche äußere Verformungsenergie nur für die Erweiterung des [[Riss]]es aufgewendet wird, das heißt, es darf keine ausgeprägte elastische [[Deformation]] des [[Prüfkörper]]s stattfinden. Oftmals wird G<sub>c</sub> bzw. T für den Fall der Verwendung von [[Trouser-Prüfkörper]]n nach folgender Gl. (5) bestimmt:

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	Bei hohen Spannungen wurde hier ein Klemmenrutschen des Prüfkörpers (siehe: [[Prüfkörpereinspannung]]) beobachtet. Dem kann z. B. durch die Verwendung von Prüfkörpern mit Wulst entgegengewirkt werden, was aber gleichzeitig einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung der Prüfkörper bedeutet, da ein einfaches Ausstanzen aus ebenem Plattenmaterial nicht möglich ist. Es müssen spezielle Pressformen vorhanden sein, um derartige Prüfkörper direkt [[Vulkanisation\|vulkanisieren]] zu können. Weiterhin ist zu beachten, dass der Pure Shear-Prüfkörper maximal so breit sein darf wie die Einspannklemme (siehe auch [[Prüfkörpereinspannung]]). Dies setzt wiederum eine passende Laborausstattung voraus. Auch der Aspekt der [[Kerbeinbringung\|Einbringung]] sollte bei der Auswahl der geeigneten Prüfkörperform berücksichtigt werden (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Je größer der einzubringende Kerb ist, desto schwieriger ist es, die Kerbeinbringung mit einer Metallklinge zu realisieren. Für Pure Shear- und [[~~Trousers~~-Prüfkörper]] sollte demzufolge die [[Kerbeinbringung]] bereits bei der Probenherstellung erfolgen. Dann ist lediglich eine geringe Erweiterung dieses [[Kerb]]s um einen kleinen Metallklingenkerb erforderlich. Gleichzeitig werden damit aber auch die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich des Verhältnisses von [[Ausgangsrisslänge\|Anfangsrisslänge]] a<sub>0</sub> zur Prüfkörperbreite W eingeschränkt.		Bei hohen Spannungen wurde hier ein Klemmenrutschen des Prüfkörpers (siehe: [[Prüfkörpereinspannung]]) beobachtet. Dem kann z. B. durch die Verwendung von Prüfkörpern mit Wulst entgegengewirkt werden, was aber gleichzeitig einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung der Prüfkörper bedeutet, da ein einfaches Ausstanzen aus ebenem Plattenmaterial nicht möglich ist. Es müssen spezielle Pressformen vorhanden sein, um derartige Prüfkörper direkt [[Vulkanisation\|vulkanisieren]] zu können. Weiterhin ist zu beachten, dass der Pure Shear-Prüfkörper maximal so breit sein darf wie die Einspannklemme (siehe auch [[Prüfkörpereinspannung]]). Dies setzt wiederum eine passende Laborausstattung voraus. Auch der Aspekt der [[Kerbeinbringung\|Einbringung]] sollte bei der Auswahl der geeigneten Prüfkörperform berücksichtigt werden (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Je größer der einzubringende Kerb ist, desto schwieriger ist es, die Kerbeinbringung mit einer Metallklinge zu realisieren. Für Pure Shear- und [[Trouser-Prüfkörper]] sollte demzufolge die [[Kerbeinbringung]] bereits bei der Probenherstellung erfolgen. Dann ist lediglich eine geringe Erweiterung dieses [[Kerb]]s um einen kleinen Metallklingenkerb erforderlich. Gleichzeitig werden damit aber auch die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich des Verhältnisses von [[Ausgangsrisslänge\|Anfangsrisslänge]] a<sub>0</sub> zur Prüfkörperbreite W eingeschränkt.

	==Ermittlung bruchmechanischer Kenngrößen==		==Ermittlung bruchmechanischer Kenngrößen==

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 13:52 Uhr

2026-01-08T13:52:13Z

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			{{Language_sel\|LANG=eng\|ARTIKEL=Pure Shear-Specimen}}
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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Pure Shear-Prüfkörper</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Pure Shear-Prüfkörper</span>
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	==Prüfkörperformen für die Elastomerprüfung==		==Prüfkörperformen für die Elastomerprüfung==

	Der Pure Shear-Prüfkörper wird neben dem Single-Edge-Notched Band ([[SENB-Prüfkörper]]) und dem [[~~Trousersprüfkörper~~]] zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte (siehe: [[Bruchmechanische Prüfung]]) von [[Elastomere\|Elastomer]]-Werkstoffen eingesetzt [1‒4].<br>		Der Pure Shear-Prüfkörper wird neben dem Single-Edge-Notched Band ([[SENB-Prüfkörper]]) und dem [[Trousers-Prüfkörper]] zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte (siehe: [[Bruchmechanische Prüfung]]) von [[Elastomere\|Elastomer]]-Werkstoffen eingesetzt [1‒4].<br>
	Die Anwendung der Konzepte der [[Bruchmechanik]] für die Charakterisierung des Deformations- und Bruchverhaltens von Elastomeren ist mit grundlegenden Schwierigkeiten verbunden, da [[Elastomere]] weder ein [[Deformation#Elastische Deformation\|linear-elastisches]], noch ein elastisch-plastisches Werkstoffverhalten aufweisen. Außerdem ist die [[Deformation]] nicht auf den Bereich vor und um die Rissspitze beschränkt und auch hochdeformierte [[Riss]]e bleiben nicht scharf wie beim [[Rissmodell nach GRIFFITH\|GRIFFITH-Modell]]. Es gibt keine Energiedissipation durch Plastizität und die Bruchprozesse sind spröd [5].		Die Anwendung der Konzepte der [[Bruchmechanik]] für die Charakterisierung des Deformations- und Bruchverhaltens von Elastomeren ist mit grundlegenden Schwierigkeiten verbunden, da [[Elastomere]] weder ein [[Deformation#Elastische Deformation\|linear-elastisches]], noch ein elastisch-plastisches Werkstoffverhalten aufweisen. Außerdem ist die [[Deformation]] nicht auf den Bereich vor und um die Rissspitze beschränkt und auch hochdeformierte [[Riss]]e bleiben nicht scharf wie beim [[Rissmodell nach GRIFFITH\|GRIFFITH-Modell]]. Es gibt keine Energiedissipation durch Plastizität und die Bruchprozesse sind spröd [5].

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	* [[~~Trousersprüfkörper~~]]:		* [[Trousers-Prüfkörper]]:

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	[[SENT-Prüfkörper]] haben den Vorteil, dass sie relativ einfach durch Ausstanzen herstellbar sind und im Vergleich zum Pure Shear-Prüfkörper mit einem geringeren Materialeinsatz verbunden sind. [[~~Trousersprüfkörper~~]] sind aufgrund der Tatsache, dass sie auch für die Durchführung des konventionellen [[Weiterreißversuch]]es verwendet werden können, auch relativ verbreitet für die Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte [7–9]. Es ist bei der Verwendung von ~~Trousersprüfkörpern~~ zu berücksichtigen, dass der [[Ebener Spannungszustand\|Spannungszustand]] vor der Rissspitze im Vergleich zum SENT- und Pure Shear-Prüfkörper sehr komplex ist. Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass sämtliche äußere Verformungsenergie nur für die Erweiterung des [[Riss]]es aufgewendet wird, das heißt, es darf keine ausgeprägte elastische [[Deformation]] des [[Prüfkörper]]s stattfinden. Oftmals wird G<sub>c</sub> bzw. T für den Fall der Verwendung von [[~~Trousersprüfkörper~~]]n nach folgender Gl. (5) bestimmt:		[[SENT-Prüfkörper]] haben den Vorteil, dass sie relativ einfach durch Ausstanzen herstellbar sind und im Vergleich zum Pure Shear-Prüfkörper mit einem geringeren Materialeinsatz verbunden sind. [[Trousers-Prüfkörper]] sind aufgrund der Tatsache, dass sie auch für die Durchführung des konventionellen [[Weiterreißversuch]]es verwendet werden können, auch relativ verbreitet für die Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte [7–9]. Es ist bei der Verwendung von Trousers-Prüfkörpern zu berücksichtigen, dass der [[Ebener Spannungszustand\|Spannungszustand]] vor der Rissspitze im Vergleich zum SENT- und Pure Shear-Prüfkörper sehr komplex ist. Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass sämtliche äußere Verformungsenergie nur für die Erweiterung des [[Riss]]es aufgewendet wird, das heißt, es darf keine ausgeprägte elastische [[Deformation]] des [[Prüfkörper]]s stattfinden. Oftmals wird G<sub>c</sub> bzw. T für den Fall der Verwendung von [[Trousers-Prüfkörper]]n nach folgender Gl. (5) bestimmt:

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	Bei hohen Spannungen wurde hier ein Klemmenrutschen des Prüfkörpers (siehe: [[Prüfkörpereinspannung]]) beobachtet. Dem kann z. B. durch die Verwendung von Prüfkörpern mit Wulst entgegengewirkt werden, was aber gleichzeitig einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung der Prüfkörper bedeutet, da ein einfaches Ausstanzen aus ebenem Plattenmaterial nicht möglich ist. Es müssen spezielle Pressformen vorhanden sein, um derartige Prüfkörper direkt [[Vulkanisation\|vulkanisieren]] zu können. Weiterhin ist zu beachten, dass der Pure Shear-Prüfkörper maximal so breit sein darf wie die Einspannklemme (siehe auch [[Prüfkörpereinspannung]]). Dies setzt wiederum eine passende Laborausstattung voraus. Auch der Aspekt der [[Kerbeinbringung\|Einbringung]] sollte bei der Auswahl der geeigneten Prüfkörperform berücksichtigt werden (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Je größer der einzubringende Kerb ist, desto schwieriger ist es, die Kerbeinbringung mit einer Metallklinge zu realisieren. Für Pure Shear- und [[~~Trousersprüfkörper~~]] sollte demzufolge die [[Kerbeinbringung]] bereits bei der Probenherstellung erfolgen. Dann ist lediglich eine geringe Erweiterung dieses [[Kerb]]s um einen kleinen Metallklingenkerb erforderlich. Gleichzeitig werden damit aber auch die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich des Verhältnisses von [[Ausgangsrisslänge\|Anfangsrisslänge]] a<sub>0</sub> zur Prüfkörperbreite W eingeschränkt.		Bei hohen Spannungen wurde hier ein Klemmenrutschen des Prüfkörpers (siehe: [[Prüfkörpereinspannung]]) beobachtet. Dem kann z. B. durch die Verwendung von Prüfkörpern mit Wulst entgegengewirkt werden, was aber gleichzeitig einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung der Prüfkörper bedeutet, da ein einfaches Ausstanzen aus ebenem Plattenmaterial nicht möglich ist. Es müssen spezielle Pressformen vorhanden sein, um derartige Prüfkörper direkt [[Vulkanisation\|vulkanisieren]] zu können. Weiterhin ist zu beachten, dass der Pure Shear-Prüfkörper maximal so breit sein darf wie die Einspannklemme (siehe auch [[Prüfkörpereinspannung]]). Dies setzt wiederum eine passende Laborausstattung voraus. Auch der Aspekt der [[Kerbeinbringung\|Einbringung]] sollte bei der Auswahl der geeigneten Prüfkörperform berücksichtigt werden (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Je größer der einzubringende Kerb ist, desto schwieriger ist es, die Kerbeinbringung mit einer Metallklinge zu realisieren. Für Pure Shear- und [[Trousers-Prüfkörper]] sollte demzufolge die [[Kerbeinbringung]] bereits bei der Probenherstellung erfolgen. Dann ist lediglich eine geringe Erweiterung dieses [[Kerb]]s um einen kleinen Metallklingenkerb erforderlich. Gleichzeitig werden damit aber auch die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich des Verhältnisses von [[Ausgangsrisslänge\|Anfangsrisslänge]] a<sub>0</sub> zur Prüfkörperbreite W eingeschränkt.

	==Ermittlung bruchmechanischer Kenngrößen==		==Ermittlung bruchmechanischer Kenngrößen==

Loeffler-Kamann am 27. Februar 2025 um 10:11 Uhr

2025-02-27T10:11:05Z

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	Die Geometriefunktion η kann entweder für die gewählte Prüfkörperkonfiguration aus der Literatur entnommen oder durch Anwendung der [[Compliance Methode\|Compliance-Methode]] experimentell ermittelt werden [2, 12‒16].<br>		Die Geometriefunktion η kann entweder für die gewählte Prüfkörperkonfiguration aus der Literatur entnommen oder durch Anwendung der [[Compliance Methode\|Compliance-Methode]] experimentell ermittelt werden [2, 12‒16].<br>
	Die vielfältigen Anwendungsbereiche von [[Elastomere\|Elastomer]]werkstoffen resultieren auch in teilweise sehr komplexen [[Beanspruchung]]en der [[Kunststoffbauteil\|Bauteile]] während des Gebrauchs, die sowohl mechanischer als auch medialer oder thermischer Natur sein können. Insbesondere unter dem Aspekt der [[Alterung]], die zwangsläufig im Lauf der Zeit eintritt, ist es erforderlich quantitative Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu kennen, um Aussagen z. B. zur (Rest-) Lebensdauer machen zu können. Da Bauteile häufig durch die Bildung und Ausbreitung von [[Riss]]en versagen, kommt der quantitativen Charakterisierung des [[Risswiderstandskurve\|Risswiderstandes]] eine große ökonomische Bedeutung zu. Hier ist die Anwendung der [[bruchmechanische Prüfung\|bruchmechanischen Prüfung]], basierend auf den oben erwähnten Konzepten, unerlässlich. Bruchmechanische Kenngrößen sind besonders struktursensitiv und demnach hervorragend für die Aufstellung von Struktur-Eigenschafts-Korrelationen geeignet. Bei der experimentellen Bestimmung bruchmechanischer [[Kennwert]]e muss berücksichtigt werden, dass eine Geometrieunabhängigkeit nur dann vorliegt, wenn im Prüfkörper ein [[Ebener_Spannungszustand\|ebener Dehnungszustand]] vorliegt, woraus sich jeweils bestimmte Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie ableiten [12, 16] (siehe [[Geometriekriterium]]).		Die vielfältigen Anwendungsbereiche von [[Elastomere\|Elastomer]]werkstoffen resultieren auch in teilweise sehr komplexen [[Beanspruchung]]en der [[Kunststoffbauteil\|Bauteile]] während des Gebrauchs, die sowohl mechanischer als auch medialer oder thermischer Natur sein können. Insbesondere unter dem Aspekt der [[Alterung]], die zwangsläufig im Lauf der Zeit eintritt, ist es erforderlich quantitative Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu kennen, um Aussagen z. B. zur (Rest-) Lebensdauer machen zu können. Da Bauteile häufig durch die Bildung und Ausbreitung von [[Riss]]en versagen, kommt der quantitativen Charakterisierung des [[Risswiderstandskurve\|Risswiderstandes]] eine große ökonomische Bedeutung zu. Hier ist die Anwendung der [[bruchmechanische Prüfung\|bruchmechanischen Prüfung]], basierend auf den oben erwähnten Konzepten, unerlässlich. Bruchmechanische Kenngrößen sind besonders struktursensitiv und demnach hervorragend für die Aufstellung von Struktur-Eigenschafts-Korrelationen geeignet. Bei der experimentellen Bestimmung bruchmechanischer [[Kennwert]]e muss berücksichtigt werden, dass eine Geometrieunabhängigkeit nur dann vorliegt, wenn im Prüfkörper ein [[Ebener_Spannungszustand\|ebener Dehnungszustand]] vorliegt, woraus sich jeweils bestimmte Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie ableiten [12, 16] (siehe [[Geometriekriterium]]).

			==Siehe auch==
			*[[Prüfkörper für bruchmechanische Prüfungen]]
			*[[Bruchmechanik]]
			*[[Ermüdungsrissausbreitung Elastomere]]


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	\|[12]		\|[12]
	\|[https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. ~~3. Auflage,~~ Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~), (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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Loeffler-Kamann am 9. Juli 2024 um 09:38 Uhr

2024-07-09T09:38:14Z

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	\|[1]		\|[1]
	\|Reincke, K.: Elastomere Werkstoffe – Zusammenhang zwischen Mischungsrezeptur, Struktur und mechanischen Eigenschaften sowie dem Deformations- und Bruchverhalten, Habilitation, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Shaker Verlag (2016), (ISBN 978-3-8440-4637-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 2-2)		\|[[Reincke,_Katrin\|Reincke, K.]]: Elastomere Werkstoffe – Zusammenhang zwischen Mischungsrezeptur, Struktur und mechanischen Eigenschaften sowie dem Deformations- und Bruchverhalten, Habilitation, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Shaker Verlag (2016), (ISBN 978-3-8440-4637-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 2-2)
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	\|[2]		\|[2]
	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], Heinrich, G., Kaliske, M., Klüppel, M., Schneider, K., Vilgis, T. (Eds.): Fracture Mechanics and Statistical Mechanics of Reinforced Elastomeric Blends. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2013), (ISBN ~~978‐3‐642‐37909‐3~~; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 14)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [https://de.wikipedia.org/wiki/Gert_Heinrich Heinrich, G.], Kaliske, M., Klüppel, M., Schneider, K., [https://de.wikipedia.org/wiki/Thomas_A._Vilgis Vilgis, T.] (Eds.): Fracture Mechanics and Statistical Mechanics of Reinforced Elastomeric Blends. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2013), (ISBN 978-3-662-52184-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 14)
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	\|Stoček, R.: Dynamische Rissausbreitung in Elastomerwerkstoffen. Dissertation, Technische Universität Chemnitz (2012)		\|Stoček, R.: Dynamische Rissausbreitung in Elastomerwerkstoffen. [https://www.researchgate.net/publication/279845036_Dynamische_Rissausbreitung_in_Elastomerwerkstoffen Dissertation], Technische Universität Chemnitz (2012)
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	\|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München (2015), (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München (2015), (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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	\|[[Blumenauer, Horst\|Blumenauer, H.]]; Pusch, G., Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, Stuttgart (1993), (ISBN 3-342-~~06659~~-5; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter E 29-3)		\|[[Blumenauer, Horst\|Blumenauer, H.]]; Pusch, G., Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, Stuttgart (1993), (ISBN 3-342-00659-5; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter E 29-3)
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	\|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymers. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2001), (ISBN 978-3-540-41247-2; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 7)		\|[https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann Grellmann, W.], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymers. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2001), (ISBN 978-3-540-41247-2; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 7)
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	[[Kategorie:Elastomere]]		[[Kategorie:Elastomere]]
	[[Kategorie:Prüfkörper]]		[[Kategorie:Prüfkörper]]

Oluschinski am 13. August 2019 um 06:56 Uhr

2019-08-13T06:56:58Z

← Nächstältere Version		Version vom 13. August 2019, 08:56 Uhr
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	Eine Voraussetzung für die Gleichheit von J und T ist die Bestimmung von J unter konstanter Verschiebung [10]. Horst [11] machte allerdings deutlich, dass die Energiedissipation, die mit der Rissausbreitung in [[Elastomere]]n einhergeht, nicht nur auf die unmittelbare Nähe um die Spitze eines [[Riss]]es beschränkt ist, sondern im gesamten [[Prüfkörper]] auftritt. Dieser Umstand ist bei der Charakterisierung des Rissfortschritts durch eine globale Energiebilanz zu beachten.<br>		Eine Voraussetzung für die Gleichheit von J und T ist die Bestimmung von J unter konstanter Verschiebung [10]. Horst [11] machte allerdings deutlich, dass die Energiedissipation, die mit der Rissausbreitung in [[Elastomere]]n einhergeht, nicht nur auf die unmittelbare Nähe um die Spitze eines [[Riss]]es beschränkt ist, sondern im gesamten [[Prüfkörper]] auftritt. Dieser Umstand ist bei der Charakterisierung des Rissfortschritts durch eine globale Energiebilanz zu beachten.<br>
	Für Werkstoffe, die nicht vernachlässigbare plastische [[Deformation]] aufweisen, wurden [[J-Integral_Auswertemethoden\|J-Auswertemethoden]] abgeleitet, die diese unterschiedlichen Deformationsanteile berücksichtigen [12, 13]. Darauf wird hier aber nicht weiter eingegangen, da die im Rahmen der vorliegenden Arbeit betrachteten Werkstoffe im Wesentlichen ~~nicht-linear~~ [[~~Viskoelastisches Werkstoffverhalten\|viskoelastisch~~]] deformierende Werkstoffe sind. Eine experimentelle Ermittlung von J kann hier nach der einfachsten Bestimmungsgleichung Gl. (7) erfolgen.		Für Werkstoffe, die nicht vernachlässigbare plastische [[Deformation]] aufweisen, wurden [[J-Integral_Auswertemethoden\|J-Auswertemethoden]] abgeleitet, die diese unterschiedlichen Deformationsanteile berücksichtigen [12, 13]. Darauf wird hier aber nicht weiter eingegangen, da die im Rahmen der vorliegenden Arbeit betrachteten Werkstoffe im Wesentlichen nichtlinear viskoelastisch (siehe: [[Elastizität]]) deformierende Werkstoffe sind. Eine experimentelle Ermittlung von J kann hier nach der einfachsten Bestimmungsgleichung Gl. (7) erfolgen.

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	\|Grellmann, W., Heinrich, G., Kaliske, M., Klüppel, M., Schneider, K., Vilgis, T. (Eds.): Fracture Mechanics and Statistical Mechanics of Reinforced Elastomeric Blends. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2013), (ISBN 978‐3‐642‐37909‐3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 14)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], Heinrich, G., Kaliske, M., Klüppel, M., Schneider, K., Vilgis, T. (Eds.): Fracture Mechanics and Statistical Mechanics of Reinforced Elastomeric Blends. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2013), (ISBN 978‐3‐642‐37909‐3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 14)
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	\|Blumenauer, H.; Pusch, G., Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, Stuttgart (1993), (ISBN 3-342-06659-5; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter E 29-3)		\|[[Blumenauer, Horst\|Blumenauer, H.]]; Pusch, G., Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, Stuttgart (1993), (ISBN 3-342-06659-5; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter E 29-3)
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Reincke am 18. Dezember 2017 um 11:01 Uhr

2017-12-18T11:01:04Z

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	\|Grellmann, W., Heinrich, G., Kaliske, M., Klüppel, M., Schneider, K., Vilgis, T. (Eds.): Fracture Mechanics and Statistical Mechanics of Reinforced Elastomeric Blends. ~~Springer‐Verlag~~, Berlin, Heidelberg (2013), (ISBN 978‐3‐642‐37909‐3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 14)		\|Grellmann, W., Heinrich, G., Kaliske, M., Klüppel, M., Schneider, K., Vilgis, T. (Eds.): Fracture Mechanics and Statistical Mechanics of Reinforced Elastomeric Blends. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2013), (ISBN 978‐3‐642‐37909‐3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 14)
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Pure Shear-Prüfkörper

==Prüfkörperformen für die Elastomerprüfung==

Der Pure Shear-Prüfkörper wird neben dem Single-Edge-Notched Band ([[SENB-Prüfkörper]]) und dem [[Trousersprüfkörper]] zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte (siehe: [[Bruchmechanische Prüfung]]) von [[Elastomere|Elastomer]]-Werkstoffen eingesetzt [1‒4]. 
Die Anwendung der Konzepte der [[Bruchmechanik]] für die Charakterisierung des Deformations- und Bruchverhaltens von Elastomeren ist mit grundlegenden Schwierigkeiten verbunden, da [[Elastomere]] weder ein [[Deformation#Elastische Deformation|linear-elastisches]], noch ein elastisch-plastisches Werkstoffverhalten aufweisen. Außerdem ist die [[Deformation]] nicht auf den Bereich vor und um die Rissspitze beschränkt und auch hochdeformierte [[Riss]]e bleiben nicht scharf wie beim [[Rissmodell nach GRIFFITH|GRIFFITH-Modell]]. Es gibt keine Energiedissipation durch Plastizität und die Bruchprozesse sind spröd [5].

==Reißenergie von Elastomeren nach RIVLIN und THOMAS==

In der fundamentalen Arbeit von Rivlin und Thomas [6] wird die Reißenergie oder englisch Tearing Energy T mit Hilfe von Gl. (1) als bruchmechanische [[Kenngröße]] für Elastomere eingeführt und für die verschiedenen Prüfkörpergeometrien (siehe '''Bild 1''') die Bestimmungsgleichungen Gln. (2) bis (4) abgeleitet.

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>T=-\frac{1}{B}\cdot\frac{\partial\,U}{\partial\,a}</math>
|(1)
|}

[[Datei:Pure_Shear_Pruefkoerper-1.JPG|550px]]
{|style="margin-bottom:10px"
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px"|Prüfkörperformen (a) SENT, (b) Trousers und (c) Pure Shear zur Ermittlung der Reißenergie T nach Rivlin und Thomas [6]
|}

* [[SENT-Prüfkörper|Single-Edge-Notched Tension Prüfkörper (SENT)]]:

{|style="margin-top:10px; margin-bottom:10px"
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>T=2k(\lambda)\cdot W_{0}\cdot a</math>
|(2)
|}

* [[Trousersprüfkörper]]:

{|style="margin-top:10px; margin-bottom:10px"
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>T=\frac{W_{0}\cdot A_{0}-2\lambda F}{B}</math>
|(3)
|}

* Pure Shear-Prüfkörper:

{|style="margin-top:10px; margin-bottom:10px"
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>T=W_{0}\cdot l_{0}</math>
|(4)
|}

mit:

{|
|k (λ) = π/ λ1/2
|-
|λ = l/l0,
|-
|l – Verlängerung
|-
|l0 – Messlänge
|-
|W0 – Dehnungsenergiedichte und
|-
|a – [[Ausgangsrisslänge|Anfangsrisslänge]]
|}

[[SENT-Prüfkörper]] haben den Vorteil, dass sie relativ einfach durch Ausstanzen herstellbar sind und im Vergleich zum Pure Shear-Prüfkörper mit einem geringeren Materialeinsatz verbunden sind. [[Trousersprüfkörper]] sind aufgrund der Tatsache, dass sie auch für die Durchführung des konventionellen [[Weiterreißversuch]]es verwendet werden können, auch relativ verbreitet für die Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte [7–9]. Es ist bei der Verwendung von Trousersprüfkörpern zu berücksichtigen, dass der [[Ebener Spannungszustand|Spannungszustand]] vor der Rissspitze im Vergleich zum SENT- und Pure Shear-Prüfkörper sehr komplex ist. Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass sämtliche äußere Verformungsenergie nur für die Erweiterung des [[Riss]]es aufgewendet wird, das heißt, es darf keine ausgeprägte elastische [[Deformation]] des [[Prüfkörper]]s stattfinden. Oftmals wird Gc bzw. T für den Fall der Verwendung von [[Trousersprüfkörper]]n nach folgender Gl. (5) bestimmt:

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>G_{C}\equiv T=2\cdot\frac{F}{B}</math>
|(5)
|}

Tritt elastische Deformation auf, muss zur Berechnung eines bruchmechanischen Kennwertes Gl. (3) verwendet werden (siehe [[Bruchmechanik]]). Da jedoch die elastische [[Deformation]] von bestimmten Bereichen des Prüfkörpers nicht ausgeschlossen werden kann, sollte Gl. (5) nur für eine Abschätzung der [[Energiefreisetzungsrate]] G oder der Reißenergie T herangezogen werden und weiterhin sollten [[SENT-Prüfkörper|SENT-]] oder Pure Shear-Prüfkörper bevorzugt werden.

==Einsatz von Pure Shear-Prüfkörpern für die Aufnahme von Risswiderstands(R)-Kurven==

Der Vorteil des Pure Shear-Prüfkörpers liegt in der Unabhängigkeit der damit ermittelbaren Reißenergie T von der Risslänge (Gl. 4). Das bedeutet, auch während eines kontinuierlich während der [[Beanspruchung]] wachsenden Risses ist die risslängenunabhängige Bestimmung von T möglich. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Durchführung dynamischer Experimente interessant, aber auch für die Ermittlung von [[Risswiderstandskurve]]n unter Anwendung der Einprobentechnik. Nachteilig im Vergleich zum [[SENT-Prüfkörper]] ist die experimentelle Durchführung der [[Bruchmechanische Prüfung|bruchmechanischen Experimente]] im Hinblick auf die Einspannung der Pure Shear-Prüfkörper. Insbesondere sehr zähe und steife [[Elastomere|Elastomerwerkstoffe]] wie z. B. rußverstärkte NR-Vulkanisate benötigen besondere Lösungen bei der Einspannung von breiten Pure Shear-Prüfkörpern. Werden hier lediglich plane [[Prüfkörper]] verwendet, kann es dann leicht zu Rutscheffekten des Prüfkörpers in den [[Prüfkörpereinspannung|Einspannklemmen]] und damit zu einer unzulässigen Beeinflussung der Ergebnisse kommen. Das ist anschaulich in '''Bild 2''' dargestellt, welches Aufnahmen eines Prüfkörpers während einer kontinuierlich ansteigenden [[Quasistatische Prüfverfahren|quasistatischen]] Belastung zeigt. 

[[Datei:Pure_Shear_Pruefkoerper-2.JPG|550px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px"|Zunehmende Beanspruchung eines Pure Shear-Prüfkörpers aus einem mit 40 phr Ruß verstärkten NR-Vulkanisat während eines quasistatischen Bruchmechanikversuches mit finalem Klemmenrutschen
|}

Bei hohen Spannungen wurde hier ein Klemmenrutschen des Prüfkörpers (siehe: [[Prüfkörpereinspannung]]) beobachtet. Dem kann z. B. durch die Verwendung von Prüfkörpern mit Wulst entgegengewirkt werden, was aber gleichzeitig einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung der Prüfkörper bedeutet, da ein einfaches Ausstanzen aus ebenem Plattenmaterial nicht möglich ist. Es müssen spezielle Pressformen vorhanden sein, um derartige Prüfkörper direkt [[Vulkanisation|vulkanisieren]] zu können. Weiterhin ist zu beachten, dass der Pure Shear-Prüfkörper maximal so breit sein darf wie die Einspannklemme (siehe auch [[Prüfkörpereinspannung]]). Dies setzt wiederum eine passende Laborausstattung voraus. Auch der Aspekt der [[Kerbeinbringung|Einbringung]] sollte bei der Auswahl der geeigneten Prüfkörperform berücksichtigt werden (siehe auch [[Kerbgeometrie]]). Je größer der einzubringende Kerb ist, desto schwieriger ist es, die Kerbeinbringung mit einer Metallklinge zu realisieren. Für Pure Shear- und [[Trousersprüfkörper]] sollte demzufolge die [[Kerbeinbringung]] bereits bei der Probenherstellung erfolgen. Dann ist lediglich eine geringe Erweiterung dieses [[Kerb]]s um einen kleinen Metallklingenkerb erforderlich. Gleichzeitig werden damit aber auch die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich des Verhältnisses von [[Ausgangsrisslänge|Anfangsrisslänge]] a0 zur Prüfkörperbreite W eingeschränkt.

==Ermittlung bruchmechanischer Kenngrößen==

Die Reißenergie basiert ebenso wie die [[Energiefreisetzungsrate]] und das [[J-Integral-Konzept|J-Integral]] auf einer energetischen Interpretation des Reißvorgangs und ist als die zur Erzeugung einer neuen [[Oberfläche]] erforderliche Änderung der Verformungsenergie definiert. Aus diesem Grund sind diese drei Größen als formal identisch zu betrachten:

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>G\equiv J\equiv T=-\frac{1}{B}\cdot \frac{\partial\,U}{\partial\,a}</math>
|(6)
|}

Eine Voraussetzung für die Gleichheit von J und T ist die Bestimmung von J unter konstanter Verschiebung [10]. Horst [11] machte allerdings deutlich, dass die Energiedissipation, die mit der Rissausbreitung in [[Elastomere]]n einhergeht, nicht nur auf die unmittelbare Nähe um die Spitze eines [[Riss]]es beschränkt ist, sondern im gesamten [[Prüfkörper]] auftritt. Dieser Umstand ist bei der Charakterisierung des Rissfortschritts durch eine globale Energiebilanz zu beachten. 
Für Werkstoffe, die nicht vernachlässigbare plastische [[Deformation]] aufweisen, wurden [[J-Integral_Auswertemethoden|J-Auswertemethoden]] abgeleitet, die diese unterschiedlichen Deformationsanteile berücksichtigen [12, 13]. Darauf wird hier aber nicht weiter eingegangen, da die im Rahmen der vorliegenden Arbeit betrachteten Werkstoffe im Wesentlichen nicht-linear [[Viskoelastisches Werkstoffverhalten|viskoelastisch]] deformierende Werkstoffe sind. Eine experimentelle Ermittlung von J kann hier nach der einfachsten Bestimmungsgleichung Gl. (7) erfolgen.

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>J=\eta\cdot\frac{A}{B(W-a_{0})}</math>
|(7)
|}

mit:
{|
|η – Geometriefunktion
|-
|A – Verformungsenergie
|-
|a0 – [[Ausgangsrisslänge|Anfangsrisslänge]]
|-
|W – Prüfkörperbreite
|}

Die Geometriefunktion η kann entweder für die gewählte Prüfkörperkonfiguration aus der Literatur entnommen oder durch Anwendung der [[Compliance Methode|Compliance-Methode]] experimentell ermittelt werden [2, 12‒16]. 
Die vielfältigen Anwendungsbereiche von [[Elastomere|Elastomer]]werkstoffen resultieren auch in teilweise sehr komplexen [[Beanspruchung]]en der [[Kunststoffbauteil|Bauteile]] während des Gebrauchs, die sowohl mechanischer als auch medialer oder thermischer Natur sein können. Insbesondere unter dem Aspekt der [[Alterung]], die zwangsläufig im Lauf der Zeit eintritt, ist es erforderlich quantitative Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu kennen, um Aussagen z. B. zur (Rest-) Lebensdauer machen zu können. Da Bauteile häufig durch die Bildung und Ausbreitung von [[Riss]]en versagen, kommt der quantitativen Charakterisierung des [[Risswiderstandskurve|Risswiderstandes]] eine große ökonomische Bedeutung zu. Hier ist die Anwendung der [[bruchmechanische Prüfung|bruchmechanischen Prüfung]], basierend auf den oben erwähnten Konzepten, unerlässlich. Bruchmechanische Kenngrößen sind besonders struktursensitiv und demnach hervorragend für die Aufstellung von Struktur-Eigenschafts-Korrelationen geeignet. Bei der experimentellen Bestimmung bruchmechanischer [[Kennwert]]e muss berücksichtigt werden, dass eine Geometrieunabhängigkeit nur dann vorliegt, wenn im Prüfkörper ein [[Ebener_Spannungszustand|ebener Dehnungszustand]] vorliegt, woraus sich jeweils bestimmte Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie ableiten [12, 16] (siehe [[Geometriekriterium]]).

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Reincke, K.: Elastomere Werkstoffe – Zusammenhang zwischen Mischungsrezeptur, Struktur und mechanischen Eigenschaften sowie dem Deformations- und Bruchverhalten, Habilitation, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Shaker Verlag (2016), (ISBN 978-3-8440-4637-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 2-2)
|-valign="top"
|[2]
|Grellmann, W., Heinrich, G., Kaliske, M., Klüppel, M., Schneider, K., Vilgis, T. (Eds.): Fracture Mechanics and Statistical Mechanics of Reinforced Elastomeric Blends. Springer‐Verlag, Berlin, Heidelberg (2013), (ISBN 978‐3‐642‐37909‐3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 14)
|-valign="top"
|[3]
|Stoček, R., Heinrich, G., Gehde, M.: The Influence of the Test Properties on Dynamic Crack Propagation in Filled Rubbers by Simultaneous Tensile‐ and Pure‐shear‐mode Testing. In: Heinrich, G., Kaliske, M., Lion, A., Reese, S., (Eds.): Constitutive Models for Rubber VI, CRC Press (2009) 345–352
|-valign="top"
|[4]
|Stoček, R.: Dynamische Rissausbreitung in Elastomerwerkstoffen. Dissertation, Technische Universität Chemnitz (2012)
|-valign="top"
|[5]
|Bathias, C., LeGorja, K., Lu, C., Menabeuf, L.: Fatigue Crack Growth Damage in Elastomeric Materials. Fatigue and Fracture Mechanics: 27th Volume, ASTM STP 1296, R. S. Piascik, J. C. Newman, Dowling, N. E. (Eds.) American Society for Testing and Materials (1997) 505–513
|-valign="top"
|[6]
|Rivlin, R. S., Thomas, A. G.: Rupture of Rubber. I. Characteristic Energy for Tearing. J. Polym. Sci. 10 (1953) 291–318
|-valign="top"
|[7]
|Bhowmick, A. K., Gent A. N., Pulford, C. T. R.: Tear Strength of Elastomers under Threshold Conditions. Rubb. Chem. Techn. 56 (1983) 226
|-valign="top"
|[8]
|Choudhury, N. R., Bhowmick, A. K.: Strength of Thermoplastic Elastomers from Rubber-polyolefin Blends. J. Mater. Sci. 25 (1990) 161–167
|-valign="top"
|[9]
|Fukahori, Y., Sakulkaew, K., Busfield, J. J. C.: Elastic-viscous Transition in Tear Fracture of Rubbers. Polymer 54 (2013) 1905–1915
|-valign="top"
|[10]
|Tsunoda, K., Busfield, J. J. C., Davies, C. K. L., Thomas, A. G.: Effect of Materials Variables on the Tear Behaviour of a Non-crystallising Elastomer. J. Mat. Sci. 35 (2000) 5187–5198
|-valign="top"
|[11]
|Horst, T.: Spezifische Ansätze zur bruchmechanischen Charakterisierung von Elastomeren, Dissertation, Technische Universität Dresden (2011) (ISBN 978-3-942710-33-6; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter K 11)
|-valign="top"
|[12]
|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München (2015), (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|-valign="top"
|[13]
|Standard Draft ESIS TC 4 (2001): A Testing Protocol for Conducting J‐Crack Growth Resistance Curve Tests on Plastics
|-valign="top"
|[14]
|Blumenauer, H.; Pusch, G., Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, Stuttgart (1993), (ISBN 3-342-06659-5; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter E 29-3)
|-valign="top"
|[15]
|Anderson, T. L.: Fracture Mechanics – Fundamentals and Application. 3rd Ed., CRC Taylor & Francis, Boca Raton Ann Arbor London Tokyo (2005) (ISBN 978-0-8493-1656-2; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter E 8-2)
|-valign="top"
|[16]
|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymers. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2001), (ISBN 978-3-540-41247-2; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 7)
|}

[[Kategorie:Prüfkörper]]