Auswertemethode nach Merkle und Corten

Auswertemethode nach Merkle und Corten

J-Integral-Auswertungsmethode

Bei der Bestimmung von bruchmechanischen Kennwerten nach dem J-Integral-Konzept werden J-Integral-Auswertemethoden eingesetzt.

Der Vorschlag zur Bestimmung von $J_{I}^{MC}$ wurde von MERKLE und CORTEN [1, 2] gemacht und basiert auf der Berücksichtung der Verformung des ungekerbten Prüfkörpers:

$J_{I}^{MC}=G+{\frac {2}{B(W-a)}}\left[D_{1}A_{G}+D_{2}A_{K}-(D_{1}+D_{2})A_{el}\right]$

für 0 < a/W < 1

mit $D_{1}={\frac {1+\gamma }{1+\gamma ^{2}}}\ und\ D_{2}={\frac {\gamma (1-2\gamma -\gamma ^{2})}{(1+\gamma ^{2})^{2}}}$

Bild 1:

Bestimmung des J-Integrals nach MERKLE und CORTEN [1, 2, 4]

Für den CT-Prüfkörper im ebenen Dehnungszustand (EDZ) gilt für γ die nachfolgende Gleichung:

$\gamma ={\frac {{\sqrt {2(1+(a/W)^{2})}}-(1+a|W)}{1-a/W}}$

Für den SENB-Prüfkörper gilt:

$\gamma ={\frac {1,456(W-a)}{s}}$

Im Fall von größeren Risslängen wurde 1977 von der ASTM-Arbeitsgruppe E24.01.09 (Elastic-Platic-Fracture) folgender Vorschlag gemacht

$J_{I}^{MC77}={\frac {2}{B(W-a)}}\left[D_{1}A_{G}+D_{2}A_{K}\right]$

der 1979 von derselben Arbeitsgruppe [3] noch einmal verändert wurde:

$J_{I}^{MC79}={\frac {2}{B(W-a)}}D_{1}A_{G}$

Für die Geometriefunktion D1, D2 und γ ergibt sich die nachfolgend grafisch dargestellte Abhängigkeit vom a/W-Verhältnis:

Bild 2:

Abhängigkeit der Geometriefaktoren vom a/W-Verhältnis

Die experimentelle Vorgehensweise zur Ermittlung von geometrieunabhängigen bruchmechanischen Kennwerten mit Hilfe des instrumentierten Kerbschlagbiegeversuches (IKBV) bei dynamischer Beanspruchung wird in der validierten Prozedur des Prüflabors „Mechanische Prüfung von Kunststoffen“: MPK-Prozedur „MPK-IKBV“ ausführlich erläutert [5].

Literaturhinweise

[1]	Merkle, J. G., Corten, H. T.: J. of Pressure Vessel Technology, Vol. 96 (1974) 4 p. 286
[2]	Merkle, J. G., Corten, H. T.: A J-integral analysis for the compact specimen considering axial forces as well as bending effects. Pressure Vessels and Piping Materials Nuclear Conf. Miami Beach, Florida (1974)
[3]	Clarke, G. A., Andrews, W. R., Begley, J. A., Donald, J. K. u.a.: Journal of Testing and Evaluation 7 (1979) 1 p. 49–56
[4]	Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 271–273 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[5]	MPK-Prozedur MPK-IKBV (2014-08): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch