Risszähigkeit: Unterschied zwischen den Versionen
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| − | Die Risszähigkeit oder Bruchzähigkeit beschreibt in der [[Bruchmechanik]] den Widerstand eines [[Kunststoffbauteil|Bauteils]] bzw. Werkstoffes gegenüber einem, wie auch immer geartetem, Rissfortschritt. [[Riss]]e sind unerwünschte Werkstoffdiskontinuitäten, die infolge der Herstellung und/oder Nachbehandlung sowie Bearbeitung, häufig aber auch durch eine äußere (Kräfte und Momente) oder innere ([[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Eigenspannungen und Orientierungen]]) [[Beanspruchung]] entstehen [1 | + | Die Risszähigkeit oder Bruchzähigkeit beschreibt in der [[Bruchmechanik]] den Widerstand eines [[Kunststoffbauteil|Bauteils]] bzw. Werkstoffes gegenüber einem, wie auch immer geartetem, Rissfortschritt. [[Riss]]e sind unerwünschte Werkstoffdiskontinuitäten, die infolge der Herstellung und/oder Nachbehandlung sowie Bearbeitung, häufig aber auch durch eine äußere (Kräfte und Momente) oder innere ([[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Eigenspannungen und Orientierungen]]) [[Beanspruchung]] entstehen [1, 2].<br> |
| − | Bei instabiler [[Rissausbreitung]] ist die [[Werkstoffkenngröße|Kenngröße]] der Risszähigkeit der kritische Spannungsintensitätsfaktor K<sub>Ic</sub>. Die Risszähigkeit wird aus der senkrecht zu den Rissflanken (siehe [[Rissöffnungsmoden]]) wirkenden Lastspannung bzw. Kraft berechnet. Der [[Bruch]] ist die gefährlichste werkstoffseitige Versagensursache, da er im Fall der instabilen Rissausbreitung ankündigungslos, also ohne vorherige [[Deformation#plastische Deformaation|plastische Deformation]], erfolgt. Wird eine kritische Spannung erreicht, so wird der [[Brucharten|Sprödbruch]] ausgelöst. Bei [[Kunststoffe]]n wird der Bruch von dem Zerreißen von Molekülketten, dem Herausziehen von Molekülketten (Pull-out) und durch das Aufreißen von [[Phasengrenzfläche]]n begleitet [3]. | + | Bei instabiler [[Rissausbreitung]] ist die [[Werkstoffkenngröße|Kenngröße]] der Risszähigkeit der kritische Spannungsintensitätsfaktor K<sub>Ic</sub>. Die Risszähigkeit wird aus der senkrecht zu den Rissflanken (siehe [[Rissöffnungsmoden]]) wirkenden Lastspannung bzw. Kraft berechnet. Der [[Bruch]] ist die gefährlichste werkstoffseitige Versagensursache, da er im Fall der instabilen Rissausbreitung ankündigungslos, also ohne vorherige [[Deformation#plastische Deformaation|plastische Deformation]], erfolgt. Wird eine kritische Spannung erreicht, so wird der [[Brucharten|Sprödbruch]] ausgelöst. Bei [[Kunststoffe]]n wird der Bruch von dem Zerreißen von Molekülketten, dem Herausziehen von Molekülketten (Pull-out) (siehe auch [[Bruchmodell faserverstärkte Kunststoffe]] und [[Bruchverhalten]]) und durch das Aufreißen von [[Phasengrenzfläche]]n begleitet [3]. |
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* Spezielle Rippen mit definiertem Deformations-Freiheitsgrad ('''Bild 2a'''), | * Spezielle Rippen mit definiertem Deformations-Freiheitsgrad ('''Bild 2a'''), | ||
* Vermeidung von Wanddickensprüngen bei Spritzgusseilen ('''Bild 2b'''), | * Vermeidung von Wanddickensprüngen bei Spritzgusseilen ('''Bild 2b'''), | ||
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* Vermeidung von geometrischen Heterogenitäten, wie Kanten und Ecken oder Lunkern ('''Bild 2c'''). | * Vermeidung von geometrischen Heterogenitäten, wie Kanten und Ecken oder Lunkern ('''Bild 2c'''). | ||
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Risszähigkeit
Begriffserläuterung
Die Risszähigkeit oder Bruchzähigkeit beschreibt in der Bruchmechanik den Widerstand eines Bauteils bzw. Werkstoffes gegenüber einem, wie auch immer geartetem, Rissfortschritt. Risse sind unerwünschte Werkstoffdiskontinuitäten, die infolge der Herstellung und/oder Nachbehandlung sowie Bearbeitung, häufig aber auch durch eine äußere (Kräfte und Momente) oder innere (Eigenspannungen und Orientierungen) Beanspruchung entstehen [1, 2].
Bei instabiler Rissausbreitung ist die Kenngröße der Risszähigkeit der kritische Spannungsintensitätsfaktor KIc. Die Risszähigkeit wird aus der senkrecht zu den Rissflanken (siehe Rissöffnungsmoden) wirkenden Lastspannung bzw. Kraft berechnet. Der Bruch ist die gefährlichste werkstoffseitige Versagensursache, da er im Fall der instabilen Rissausbreitung ankündigungslos, also ohne vorherige plastische Deformation, erfolgt. Wird eine kritische Spannung erreicht, so wird der Sprödbruch ausgelöst. Bei Kunststoffen wird der Bruch von dem Zerreißen von Molekülketten, dem Herausziehen von Molekülketten (Pull-out) (siehe auch Bruchmodell faserverstärkte Kunststoffe und Bruchverhalten) und durch das Aufreißen von Phasengrenzflächen begleitet [3].
Praktische Anwendungsbeispiele
Zur Erhöhung der Risszähigkeit bzw. zur Verbesserung des Bruchverhaltens von Kunststoffbauteilen wird bei der Konstruktion und Dimensionierung dieser Bauteile eine Reihe von Maßnahmen eingesetzt [4].
- Aufgeklebte schichtweise lokale Versteifungen,
- Radiale Verrippungen bei Eimerböden,
- Rippen und Stringer bei Strukturelementen des Flugzeugbaus
- Radiale und tangentiale Rippen bei Laugenbottichen von Waschmaschinen (Bild 1),
- Spezielle Rippen mit definiertem Deformations-Freiheitsgrad (Bild 2a),
- Vermeidung von Wanddickensprüngen bei Spritzgusseilen (Bild 2b),
- Einstellung definierter Orientierungen in Spritzgussteilen durch die Angussgestaltung und Fließweghindernisse,
- Vermeidung von geometrischen Heterogenitäten, wie Kanten und Ecken oder Lunkern (Bild 2c).
| Bild 1: | Radiale und tangentiale Verrippung eines Laugenbottichs von Waschmaschinen |
| Bild 2: | (a) Rippen mit und ohne Deformations-Freiheitsgrad, (b) Wanddickensprung und (c) äußere und innere Inhomogenitäten bei Spritzgussteilen |
Literaturhinweise
| [1] | Blumenauer, H., Pusch, G.: Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig (1993) 3. Auflage S. 15, (ISBN 3-342-00659-5; siehe AMK-Büchersammlung unter E 29-3) |
| [2] | Schwalbe, K.-H.: Bruchmechanik metallischer Werkstoffe. Carl Hanser Verlag, München Wien (1980), , (ISBN 3-446-12983-9; siehe AMK-Büchersammlung unter E 15) |
| [3] | Grellmann, W.: Zähigkeitsbewertung mit bruchmechanischen Methoden. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 247–303 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18) |
| [4] | Bierögel, C., Langer, B., Müller, H., Grellmann, W.: Schadensfallanalyse an Kunststoffbauteilen. In: Pohl, M.: Konstruktion, Qualitätssicherung und Schadensanalyse. Tagung Werkstoffprüfung 2004, Neu-Ulm, 25.–26. November 2004, Werkstoff-Verlag Informationsgesellschaft mbH Frankfurt (ISBN 3-88355-337-9; siehe AMK-Büchersammlung unter M 12), S. 231–236 Download als pdf-Datei |