J-Integral Auswertemethoden

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Überblick über ausgewählte J-Integral-Auswertemethoden

Einführung

Das J-Integral-Konzept ermöglicht eine energetische Betrachtung des Bruchverhaltens von Werkstoffen. Es wurde zunächst für die metallischen Werkstoffe angewendet. In den letzten Jahren wurden jedoch erhebliche Fortschritte bei der Ermittlung von werkstoffwissenschaftlich begründeten Kennwerten mit den Konzepten der Fließbruchmechanik erzielt, wodurch das spezifische Verformungs- und Bruchverhalten der Kunststoffe berücksichtigt werden konnte. Dies ermöglichte auch die Anwendung der bruchmechanischen Prüfung auf die äußerst heterogene Werkstoffgruppe der teilchengefüllten und faserverstärkten Kunststoffe. Durch die gleichzeitig erzielten Fortschritte in der Mikro- und Nanomechanik der Kunststoffe, insbesondere der Aufklärung der Zusammenhänge zwischen der Morphologie und dem Risseinleitungs- und ausbreitungsverhaltens, konnten quantitative Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen auf der Basis geometrieunabhängiger Werkstofkennwerte gewonnen werden.

Die Näherungsmethoden des J-Integral-Konzeptes

Da der Aufwand zur Bestimmung von J-Werten nach dem J-Integral-Konzept für die praktische Kennwertermittlung durch den Werkstoffprüfer zu hoch ist, wurden Näherungsformeln entwickelt. Die bekanntesten Verfahren sind:

• Näherungsverfahren nach BEGLEY und LANDES
• Näherungsverfahren nach RICE, PARIS und MERKLE
• Näherungsverfahren nach KANAZAWA
• Näherungsverfahren nach SUMPTER und TURNER und
• Näherungsverfahren nach MERKLE und CORTEN

Überblick über ausgewählte J-Integral-Auswertemethoden

Bei der Bestimmung von bruchmechanischen Kennwerten nach dem J-Integral-Konzept werden J-Integral-Auswertemethoden eingesetzt. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Näherungsmethoden [1, 2]:

Bild 1:

Zusammenfassung der J-Integral-Auswertemethoden

Tabelle: Überblick über die wichtigsten J-Integral-Näherungsmethoden

Methode nach	Bestimmungsgleichung	Gültigkeit
Begley, Landes (BL)	$J^{BL}={\frac {\lambda _{1}A_{G}}{B(W-a)}}$	a/W > 0,45
Rice, Paris, Merkle (RPM)	$J^{RPM}={\frac {\lambda _{2}(A_{G}-A_{0})}{B(W-a)}}$	a/W > 0,6
Kanazawa (K)	$J^{K}={\frac {1}{B}}\left[({\frac {2}{W-a}}-{\frac {\alpha }{W}})A_{G}+{\frac {\alpha }{W}}(F_{max}f_{max})-({\frac {2}{W-a}}+{\frac {\alpha }{W}})A_{0}\right]$	0 < a/W < 1
Sumpter/Turner (ST)	$J^{ST}=\eta _{el}{\frac {A_{el}}{B(W-a)}}+\eta _{pl}{\frac {A_{pl}}{B(W-a)}}\cdot ({\frac {W-a_{eff}}{W-a}})$	0 < a/W < 1
Merkle/Corten (MC)	$J^{MC}=G_{1}+{\frac {2}{B(W-a)}}\left[D_{1}A_{G}+D_{2}A_{K}-(D_{1}+D_{2})A_{el}\right]$	0 < a/W < 1

Siehe auch

• Bruchmechanik
• Bruchmechanische Prüfung
• Bruchverhalten
• Erkenntnisniveauebenen der Bruchmechanik
• J-Integral-Konzept

Literaturhinweise

[1]	Grellmann, W.: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Leuna-Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986) H 6, S. 787–788 (Inhaltsverzeichnis, Kurzfassung)
[2]	Grellmann, W., Sommer, J.-P.: Beschreibung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen mit dem J-Integralkonzept. Institut für Mechanik, Berlin und Karl-Marx-Stadt, Fracture Mechanics, Micromechanics and Coupled Fields – (FMC)-Series (1985) 17, S. 48–72