SENB-Prüfkörper

SENB-Prüfkörper

Die angelsächsische Abkürzung SENB steht für "single-edge-notched bend" und der SENB-Prüfkörper wird im Deutschen als Dreipunktbiegeprüfkörper (3PB-Prüfkörper) bezeichnet.

Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie

Bei der experimentellen Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte sind die folgenden grundsätzlichen Bedingungen einzuhalten:

Die Prüfkörperabmessungen müssen unter den jeweiligen Prüfbedingungen wesentlich größer als die Ausdehnung der plastischen Zone an der Rissspitze sein.
Die Kraft, die Kerbaufweitung und die Kraft-Kraftangriffspunkt-Verschiebung müssen kontinuierlich erfassbar sein.
Für die Berechnung des Spannungsintensitätsfaktor K im Moment der instabilen Rissausbreitung muss die Belastung des Prüfkörpers und die kritische Risslänge exakt bestimmbar sein.
Für die entsprechende Prüfkörpergeometrie muss die Bestimmungsgleichung, d.h. der Zusammenhang zwischen Beanspruchung und Risslänge bekannt sein.

Zur Erfüllung dieser Forderungen wurden eine Reihe von Festlegungen getroffen, die ausgehend von dem ASTM-Standard E 399 [1] in die bisher vorliegenden Standards Eingang gefunden haben.

Prüfkörperform

Bild: Schematische Darstellung des SENB-Prüfkörpers

Abmessungen (nach [1, 2]):
W = 2 B, Sonderform: W = B bis 4 B
s = 4 W Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \rightarrow} s/W = 4, s = 40 mm
L = 4,5 W
a = (0,45–0,55) W
N Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \ge} 1,5 mm bei U- und V-Kerb für Metalle

Typische Abmessungen für Kunststoffe (nach [3, 4]):
W = 10 mm
B = 4 mm (in Variation B = 2...10 mm)
L = 80 mm
s = 40 mm (in Variation s = 40...70 mm)
a = 2 mm (in Variation a = 0,5...7,5 mm)
N Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \ge} 1,5 mm
l Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \ge} 1,3 mm (Rasierklinge, Kerblänge)
r Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle < \!\ } 0,25 mm (Kerbradius)
r Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \approx} 0,125 µm (Rasierklinge, Kerbradius)

Bestimmungsgleichung

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle K_I = \frac{F \cdot s}{B \cdot W^{3/2}} f(a/W)}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(a/W) \!\ } für Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle s/W = 4 \!\ }

Tada [5]:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f_1(a/W) = 2,9(a/W)^{1/2}-4,6(a/W)^{3/2}+21,8(a/W)^{5/2}-37,6(a/W)^{7/2}+38,7(a/W)^{9/2} \!\ }

Srawley und Gross [6]:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f_2(a/W) = \frac32(a/W)^{1/2} \cdot \frac{[1,99-a/W \cdot(1-a/W) \cdot (2,15-3,93a/W+2,7(a/W)^2)]}{(1+2a/W) \cdot (1-a/W)^{3/2}} \!\ }

für s/W = 4
f₂(a/W) zeigt Übereinstimmung mit f₁ im Bereich 0<a/W<0,6, dann niedrigere Werte

Geometriekriterium für Metalle:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle B, a, (W-a) \geq 2,5 \bigg(\frac {K_I}{R_e}\bigg)^2}

Geometriekriterium für Kunststoffe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle B, a, (W-a) \geq \beta \bigg(\frac {K}{\sigma_y}\bigg)^2}

es gilt: R_e = Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \sigma} _y = Streckspannung (Streckgrenze)
Die Geometriekonstante $\beta$ ist werkstoffabhängig (siehe auch Geometriekriterium, Bruchzähigkeit)

Literatur

[1] ASTM E 399 (2009): Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K_Ic of Metallic Materials
[2] Blumenauer, H., Pusch, G.: Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Stuttgart (1993) 3. Auflage, (ISBN 3-342-00659-5) (siehe AMK-Büchersammlung unter E30)
[3] Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München Wien (2005) 1. Auflage, S. 247–248, (ISBN 3-446-22086-0) (siehe AMK-Büchersammlung unter A5)
[4] MPK-IKBV (2009): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch, Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandsverhalten aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch, Download
[5] Tada, H., Paris, P.C., Irwin, G.R.: The Stress Analysis of Cracks Handbook, 3th Ed., ASME Press, New York (2000)
[6] Srawley, J.E., Gross, B.: Stress intensity factors for bend and compact specimens. Engineering Fracture Mechanics (1972) 587–589