ENF-Prüfkörper

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ENF-Prüfkörper

Allgemeines

Die angelsächsische Abkürzung ENF steht für "End-Notched Flexure".

Der ENF-Prüfkörper wird zur Bestimmung der interlaminaren Risszähigkeiten von Mode II-Belastung verwendet. Als bruchmechanische Kenngröße wird eine kritische Energiefreisetzungsrate in ebener Dehnung ermittelt. Es wird eine Scherbeanspruchung ohne große Reibung zwischen den Oberflächen eines Risses vorausgesetzt. Schubspannungen und -dehnungen vor der Rissspitze (siehe auch Rissöffnung) können Einfluss auf die Berechnung der Energiefreisetzungsrate haben.

Prüfkörperform

Bild 1:

Schematische Darstellung des ENF-Prüfkörpers

Bestimmungsgleichung

Zur Berechnung der Energiefreisetzungsrate G_IIc für EDZ gilt die Gleichung

$G_{IIc}={\frac {9\cdot F^{2}\cdot a^{2}\cdot C_{b}}{2\cdot W\left(2\cdot L^{3}+3\cdot a^{3}\right)}}\left[{\frac {J}{m^{2}}}\right]$

mit:

a		Risslänge
F		Versagenskraft (Fmax)
Cb		Nachgiebigkeit des Prüfkörpers bei F
W		Prüfkörperbreite
L		Abstand zwischen Druckfinne und Auflage

Als konservative Abschätzung der Nachgiebigkeit ist in vielen Fällen die einfache Balkentheorie ausreichend; der Versuch wird mit einer Dreipunktbiegevorrichtung und einem definierten Anfangsriss von 25 mm durchgeführt.

Bild 2:

ENF-Prüfkörper im unbelasteten und belasteten Zustand nach JIS K 7086

Die Nachgiebigkeit kann experimentell bestimmt oder berechnet werden nach

$C={\frac {2\cdot L^{3}+3\cdot a^{3}}{8\cdot E\cdot f\cdot d^{3}}}$

mit:

E		Biegemodul in axialer Richtung
d		halbe Balkenhöhe
f		Durchbiegung
L		halber Auflagerabstand

Durch Einsetzen dieser Gleichungen erhält man eine berechnete Energiefreisetzungsrate

$G_{IIc}={\frac {9\cdot F^{2}\cdot a^{2}}{16\cdot W\cdot f\cdot d^{3}\cdot E}}$

Eine umfangreiche Zusammenstellung von geeigneten Prüfkörpern für bruchmechanische Untersuchungen an Kunststoffen und Verbundwerkstoffen ist in Prüfkörper für bruchmechanische Prüfungen enthalten.

Prüfsystem zur Durchführung von ENF-Prüfungen

Für die Durchführung bruchmechanischer Untersuchungen unter Mode II-Beanspruchung an ENF-Prüfkörpern wurde bei der Polymer Service GmbH Merseburg ein in Bild 3 dargestellter Versuchsaufbau realisiert. Das linke Teilbild zeigt den Einbau eines ENF-Prüfkörpers in eine Universalprüfmaschine Z 050 der Fa. ZwickRoell GmbH & Co. KG in unbelasteten Zustand. Im rechten Teilbild wird ein belasteter Zustand mit Rissfortschritt im Prüfkörper dargestellt.

Literaturhinweise

	Carlsson, L. A., Pipes, R. B.: Hochleistungsverbundwerkstoffe, B. G. Teubner, Stuttgart (1989) (ISBN 978-3-519-03250-2; e-Book ISBN 978-3-322-96703-9)
	Valisetly, R. R., Chamis, C. C.: ASTM STP 972 (1988) 41–72 (Composite Materials. Testing and Design / Eighth Conference)
	Russel, A. J., Street, K. N.: Moisture and Temperature Effects on the Mixed Mode Delamination. Fracture of Unidirectional Graphite / Epoxy. Delamination and Deponding of Materials, ASTM STP 876 (1985) 349
	Hodgkinson, J. M. (Ed.): Mechanical Testing of Advanced Fibre Composites, Woodhead Publishing, Cambridge (2000) (ISBN 978-1-8557-3891-1)
	Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 582/583 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18) Normenhinweis ASTM D 7905/D 7905M (2019): Standard Test Method for Determination of the Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites